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2021 年度 実施状況報告書

宇宙論的加速器物理学に基づくインフレーション宇宙を構成する素粒子の探索

研究課題

研究課題/領域番号 19K14718
研究機関香川高等専門学校

研究代表者

白石 希典  香川高等専門学校, 一般教育科(高松キャンパス), 講師 (00803446)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワードインフレーション / ゲージ場 / CMB / 銀河 / 重力波 / アクシオン / 非ガウス性 / LiteBIRD
研究実績の概要

本研究では、(1)理論、(2)観測双方向からのアプローチによってインフレーションの構成粒子の特定を目指す。以下が本年度の研究成果である。
(1)に関して: 現在観測される銀河の密度・速度・形状場は、インフレーションの構成粒子が作る重力場が宇宙膨張とともに成長してできたものである。密度・速度・形状場の統計的性質は相関関数を用いて解析されるが、特に大角度スケールの信号は重力非線形性の影響が小さいため原始宇宙のクリーンな情報を直接的に反映する。本年度はまず、銀河形状場の相関関数に関して、原始宇宙由来の信号を正確に計算する手法(spin-weighted TripoSH decomposition)を構築した。また、密度・速度場の相関関数に関して、銀河の3次元位置情報の観測的不確定性に起因する歪み効果(Alcock-Paczynski effect)を正確に推定する手法を構築した。かつての手法では、見込角が30° ~ 50°以上の大スケール相関関数の計算に10%以上の誤差が生じていたが、この手法はそれを完全に解消しうる画期的なものであり、今後行われるであろうビッグ観測データを用いた精密解析には欠かせない。
(2)に関して: アクシオンとSU(2)ゲージ場の相互作用から生じる重力波4点相関関数(テンソルトライスペクトル)を計算し、Planckマップなど既存のCMB観測データで検証可能なほどの大きなシグナルが生じることを発見した。また、JAXA主導の次世代CMB偏光観測プロジェクトLiteBIRDにて採用する偏光角較正法などの開発研究に携わった。
上記の成果はすでに複数の論文にまとめ、世界に公表している。これらを今後の研究で発展させ、インフレーションの構成粒子に関する包括的理解を目指す。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

上記の通り、(1)(2)とも予定通り進展し、さらに、次年度以降に行うテーマについてもすでに研究を進めている。上記の進捗状況から、当初の計画以上に研究が進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

(1)に関しては、高スピン場の存在する種々のモデルにおいて、予言されるCMB、銀河、中性水素21cm、背景重力波などの多点相関関数を計算し、その観測可能性を議論する。
(2)に関しては、(1)で理論予言した種々のモデルにおける信号を、CMBの最新観測データを用いて検証する。また、そのためのデータ解析手法を開発する。
各々のプロジェクトが完成次第、順次論文としてまとめ、世界に公表していく。また、関連する新たなプロジェクトの発掘にも努め、挑戦していく。

次年度使用額が生じた理由

当該助成金が生じた状況: 新型コロナウイルス感染症の蔓延拡大の影響で、参加予定であった国際会議や研究協力者とのミーティングが中止・延期となり、それにかかる出張旅費が必要なくなった。
翌年度分として請求した助成金と合わせた使用計画: 国内外の出張旅費、電子機器やソフトウェアの購入・維持費、大規模数値解析を実行するために必要なコンピュータの購入費に充てる。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件)

  • [国際共同研究] ASIAA(台湾)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      ASIAA
  • [国際共同研究] University of California/LBNL(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of California/LBNL
  • [国際共同研究] SISSA/INFN/Universita degli Studi di Padova(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      SISSA/INFN/Universita degli Studi di Padova
    • 他の機関数
      16
  • [国際共同研究] Universite de Toulouse/APC/Universite de Paris(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      Universite de Toulouse/APC/Universite de Paris
    • 他の機関数
      2
  • [国際共同研究] University of Oslo(ノルウェー)

    • 国名
      ノルウェー
    • 外国機関名
      University of Oslo
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      4
  • [雑誌論文] Gravitational wave trispectrum in the axion-SU(2) model2022

    • 著者名/発表者名
      Fujita Tomohiro、Murai Kai、Obata Ippei、Shiraishi Maresuke
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2022 ページ: 007~007

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2022/01/007

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] In-flight polarization angle calibration for LiteBIRD: blind challenge and cosmological implications2022

    • 著者名/発表者名
      LiteBIRD Collaboration: Krachmalnicoff N.、Matsumura T.、de la Hoz E.、...、Shiraishi M. et al.
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2022 ページ: 039~039

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2022/01/039

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Wide-angle effects on galaxy ellipticity correlations2021

    • 著者名/発表者名
      Shiraishi Maresuke、Taruya Atsushi、Okumura Teppei、Akitsu Kazuyuki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters

      巻: 503 ページ: L6~L10

    • DOI

      10.1093/mnrasl/slab009

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Alcock-Paczynski effects on wide-angle galaxy statistics2021

    • 著者名/発表者名
      Shiraishi Maresuke、Akitsu Kazuyuki、Okumura Teppei
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 103 ページ: 1~7

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.103.123534

    • 査読あり / 国際共著

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公開日: 2022-12-28  

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