| 研究課題/領域番号 |
18J22305
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| 研究機関 | 立教大学 |
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研究代表者 |
赤間 進吾 立教大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| キーワード | 初期宇宙 / 修正重力理論 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、特異点のない宇宙モデルのさらなる理解に加え、インフレーションと特異点のない宇宙モデルを観測的に区別するための観測量を探査することである。本年度の研究では、昨年度に引き続き、まず一般のバウンスモデルから予言される揺らぎの解析を、ホルンデスキ理論を用いて行った。この時、典型的なインフレーションからの予言と比較を行うために、原始重力波の非ガウス性を導出し、結果として、一般相対論から拡張されているかどうかに関わらず、理論上非ガウス性の波数依存性及び振幅に差異が現れることを示した。今後は、その差異の情報を、観測を通して得られるのかどうかについてさらなる精査が必要である。
また、原始非ガウス性に基づき初期宇宙モデルを区別するには、それぞれのモデルから予言される非ガウス性を網羅的に調べることが必要である。これまでインフレーション起源の非ガウス性の研究は、主に揺らぎに特別な初期条件(Bunch-Davies真空)を課して研究されてきたが、理論上異なる初期条件も取ることができる。さらに、一般に異なる初期条件を課すことで、非ガウス性に新たな寄与が現れる。そこで、より一般の初期条件(非Bunch-Davies真空)を課し、典型的なインフレーションとの違いの評価を行った。その結果、原始重力波の自己相互作用及び原始重力波と曲率揺らぎの相互作用を通して生成される非ガウス性の振幅は、Bunch-Davies真空の場合と比べて十分大きくなり得ることを示した。特に、後者においては、揺らぎの伝搬速度に依存した非自明な配位で増幅が起き、この性質を持つ非ガウス性は、既存の宇宙モデルでは予言されていなかったため、インフレーションと特異点のない宇宙モデルを区別する上で、非常に有用な観測量である。
これらに加え、特異点のない宇宙モデルであるジェネシスモデルにおいて、非ガウス性の解析に取り組んだ。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の予定通り、バウンスモデルの一般化、既存の観測との整合性、原始重力波の非ガウス性に基づいたインフレーションからの観測予言との差異を論文にまとめ、国際雑誌Physical Reviewに掲載されている。また、一般の初期条件をインフレーション起源の揺らぎに課した際の、原始重力波の非ガウス性の性質を論文にまとめ(現在Physical Reviewに投稿中)、国内外の研究会で発表を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
３年目は、まず現在取り組んでいるジェネシスモデルで生成される原始非ガウス性の解析を行う。多くのジェネシスモデルでは、strong couplingが生じることが知られているため、まずそれを回避するパラメータ領域を求め、その領域内で非ガウス性を評価する。この時、strong couplingを回避するモデルを構築する際の指針を作るため、個別のモデルに限定せずに、包括的な枠組みを用いる。また、揺らぎ間の相互作用の強さを決める関数が持つ時間依存性により、ジェネシスモデルで生成される非ガウス性は、これまで調べられてきた初期宇宙モデル起源の非ガウス性とは異なる性質を持つことが予想される。そこで、曲率揺らぎがほぼガウシアンとなるパラメータ領域も求め、さらに原始重力波の非ガウス性も導出し、インフレーション及びバウンスモデルと観測的に区別が可能かどうかを定量的に評価する。
また、これまでの研究から、一般のインフレーションモデルからは、伝播速度に依存したピークを持つ非ガウス性が、原始重力波と曲率揺らぎの相互作用を通して生成されることがわかっているため、他の宇宙モデルでも同様の物理量を評価し、波数依存性及び振幅に基づき、初期宇宙モデル間の違いを評価する。
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