| 研究課題/領域番号 |
18K18765
|
|---|
| 研究機関 | お茶の水女子大学 |
|---|
研究代表者 |
森川 雅博 お茶の水女子大学, 基幹研究院, 教授 (90192781)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2021-03-31
|
| キーワード | 量子凝縮 / 超巨大ブラックホール / 銀河形成 / ダウンサイジング / 惑星形成 / 量子揺らぎ / 量子痕跡 / 恒星惑星磁場 |
|---|
| 研究実績の概要 |
当初の，量子凝縮による超巨大ブラックホール(SMBH)形成というテーマを広げて，「量子力学が構造形成の究極の起源か」という問題に拡張していった．
● 弱い引力を持つアクシオンモデル，および初期宇宙の潮汐トルク機構を解析した．そして，SMBH形成を阻む角運動量をどのように克服するかに対して普遍性を持つモデルが2つ得られた．生成ブラックホールの質量分布関数を作り，観測されている通り２群に分かれる機構を探り，生成した小さめのSMBHが合体成長する可能性を探った．さらに，それら最初に生成するSMBHがそれを中心として銀河を作っていく多様性をパーコレーション相転移に求め，いわゆるダウンサイジングが自然に導かれることがわかった．つまり， SMBHの作るジェットの正のフィードバックにより，ダウンサイジングが出現する機構を解明し，特にz～5-10の領域で顕著となることを見出した．
● SMBHのように，宇宙には量子力学をその起源とする多種の構造がある．その可能性を尽くしてみた．１）惑星は量子圧力によって支えられ，水素球なのか金属球（非-水素/ヘリウム）なのかによって，2つの典型構造のクラスが決まり，それぞれ木星と海王星に相当する．これらをもとに，惑星形成モデルを作り６個の世代を同定した．本質は「ボイド外縁での揃った高密ダスト」起源説である．重力相互作用で作られる惑星系のスケールなどを議論した．２）初期宇宙の量子揺らぎがコヒーレント状態として作る大局構造を計算した．量子揺らぎが安定構造を形成する機構は，３）実験室における量子・古典の相転移と同じ機構である．特に量子カオスで現れる量子痕跡（スカー）に着目した．不安定軌道に対応するモードが作り出すスクイーズド状態がコヒーレント状態を生成する，というシナリオを立てた．４）量子論に起源をもつスピンをマクロにとらえた様々な宇宙の磁場構造，特に太陽磁場変動や惑星磁場の時間変動を計算した．
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
関連する主題の重要な広がりはつかめ，専門家と議論を戦わせたが，時間不足でまだ論文にまとめ切れていない．
● アクシオンモデルや潮汐トルク機構モデルは解析し関連する物理量を出した．しかし，これを既存の（直接崩壊モデルなど）標準モデルと比較したり検証する定量的な観測がなかなか見つからない．APPCの会議(kuching)やDark Side of Universe(Buenos Aires)のワークショップでも議論したが，標準理論との決定的な差異を見出せなかった．世界で様々な観測は進んでいるので，これらに着目しつつ，理論的な幅を広げようと考えた．．．．SMBHの場合，その起源は量子凝縮なので，量子性がその本質的構造の起源となる主題を尽くそうと考えた．
● まず１）惑星に関しては，（不確定性原理に由来する）量子圧力と重力のつり合いで，基礎物理係数だけで，その質量と半径が決まり，熱によらないことがわかり，それが木星と海王星であることが判明したのは良い．そのサイズの惑星による重力相互作用で，種々の世代の惑星が作られていくことも判明した．これをPlanet2 / RESCEU Symposium(沖縄名護)の会議で議論してもらった．が，残念ながらなかなか受け入れてもらえなかった．熱でなく量子論的に支えられるという惑星構造の根幹と，惑星形成の（単純な）統一論が原因であろう．２）初期宇宙の量子揺らぎが作る安定構造機構は，StatPhys27(Buenos Aires)の会議で話し，大いに議論してきた．ただし，宇宙特有の議論でなく，量子論に普遍的な機構であることを示す必要があると感じた．そこで，３）実験室における量子・古典の相転移と同じ機構であることを確立しようと考えた．特に量子カオスで現れる量子痕跡（スカー）に着目したが，これに関する定説がなく，方向性を見失っている．また，４）マクロ・スピンで作られる太陽磁場変動や惑星磁場では，計算はほぼできている．
|
| 今後の研究の推進方策 |
関連する主題の重要な広がりはつかめ計算は進んでいるのでまず論文にまとめる．そしてさらに広げてみたい．
● 暗黒物質をなす量子凝縮体の崩壊によるSMBHモデルを，既存の（直接崩壊モデルなど）標準モデルと比較し，観測から検証し，理論を発展させる．比較のポイントは，SMBH形成の時間尺度，特に世代IIIの星の生成消滅時期．いろいろな質量のBHの質量分布関数，だろう．検証のポイントは，ダウンサイジングの詳細，クランピー銀河の構造，銀河世代の割合の進化(赤方偏移依存性)，バルジ質量との相関，など．理論的には，球状星団の割合とその世代混合なども議論できるといい．
● 量子論起源の構造の広がりについても発展させる．１）ボイド外縁起源説の本格的な検証を試み，理論的にも整備する．検証は，惑星コア成分比の類似性（太陽系，系外惑星）や分化（熱変成）の普遍性など．理論としては，ボイドサイズを変えた時に惑星の世代はどのように変わるか，モデルの前提としているボイドが形成する物理など．２）初期宇宙の量子揺らぎが作る安定構造の議論も発展させたい．これは，次の項（３））における視点から，「量子痕跡としての初期宇宙量子揺らぎの古典化」を議論したい．観測装置を一切介さずに，揺らぎが自律的に確定していく様子を正しく記述したい．３）実験室におけるBEC実験，ビリアードモデルの数値計算など，量子痕跡（スカー）を，系統的に記述したい．考えているシナリオは，不安定周期軌道やホモクリニック軌道→鞍点→スクイーズド状態の生成→有効作用の虚部の出現→古典ランダム力による表現→コヒーレント状態のマクロな発展，となる．４）マクロ・スピンモデルも検証と理論的基礎付けを確定したい．つまり，太陽におけるバタフライダイアグラムを描いたり，球面調和関数展開から地磁気反転の詳細を記述したりする．さらに伸長渦を典型として電磁流体力学からスピンモデルを導出する．
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
大規模数値計算を遂行する前に，たくさんの専門家との議論を優先した．そのために，国際会議出席のための費用がかなりの部分を占めた．
次年度に大規模数値計算を遂行するため，GPU計算機を用意する．
|
