| 研究課題/領域番号 |
25400265
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 大阪市立大学 |
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研究代表者 |
中尾 憲一 大阪市立大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (90263061)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 一般相対論 / 宇宙論 / 非一様宇宙 / ダークエネルギー / 構造形成 / ブラックホール |
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| 研究概要 |
H25年度は、以下の３つのテーマについての研究を行い成果を得た。
ブラックホールが一様に分布する宇宙の時間発展は、一般相対論における長年の懸案であった。この問題に対し、研究協力者である柳哲文氏、大川博督氏と共同で、ブラックホールが等間隔に並ぶ宇宙の時間発展を解析し、塵状物質に満たされた一様等方宇宙と、その"空間の膨張の仕方"がほとんど同じであることを示した。
宇宙における非線形構造の形成が、宇宙空間の膨張に与える影響を明らかにする方法の一つとして、相対論的重力多体系の数値解析が挙げられる。H25年度は、この研究の第一段階として、ランダムな運動をする無衝突粒子から成る無限に薄い球殻の二体系に注目し、二つ球殻が衝突をしながら時間発展する過程を、大学院生の稲畑稔秋氏と共同で解析した。その結果、内向きに収縮する球殻が、もう一つの球殻との衝突の際にエネルギーを受け取ることにより、遠心力を振り切って収縮しブラックホールを形成する過程が存在することが明らかになった。これは、ニュートンの万有引力に支配される球殻系には存在しない相対論特有の物理過程である。
現代の標準宇宙モデルは、「我々のいる場所は特別ではない」というコペルニクス原理を作業仮説として構築されており、数々の非自明な観測事実を巧妙に説明することに成功した。しかし、コペルニクス原理を、観測により確認することは容易ではなく、我々が特別な場所にいる可能性は、観測的に排除できているとは言い難い。H25年度は、大学院生の西川隆介と研究協力者の柳哲文氏との共同で、非一様な宇宙では、銀河分布の二点相関関数に非等方性があらわれるので、その観測によりコペルニクス原理の観測的確認を行なうことができることを示した。
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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
ブラックホール宇宙モデルの研究に関しては、数値シミュレーションによる解析と、その結果に基づく解析的あるいは準解析的な近似解の構成を計画していた。H25年度内に数値シミュレーションによる解析を行なうことができたことから、予定していた以上の達成度と考える。
相対論的重力多体系の時間発展を解析する数値プログラムの構築が研究目的達成の必要条件である。H25年度は球対称な球殻の二体系の数値解析を行い、少数多体系どのような物理過程が存在するかを調べ、非自明な相対論的現象の存在を明らかにすることができた。ほぼ予定通りの達成度と考える。
コペルニクス原理の検証に関する研究については、観測と整合的な非コペルニクス的非一様宇宙モデルである巨大ボイド宇宙モデルにおける銀河団程度のスケールの構造形成過程を摂動計算で明らかにし、銀河分布の二点相関関数の観測を通して、非コペルニクス的な非一様性の存在を明らかにできる可能性があることを具体的に示すことができたので、予定通りの達成度とは言えないが、深刻な遅滞ではないと考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
ブラックホール宇宙モデルについては、数値シミュレーションの解析結果を得ることができたので、今後は、解析的あるいは準解析的な解の構成をめざす。
相対論的重力多体系については引き続き、無衝突粒子からなる球対称だが、非自明な少数多体系の詳細な解析を行いながら、多体系の時間発展を計算する数値プログラムの開発を進める。
コペルニクス原理の検証に関する研究については、等方的な巨大ボイド宇宙モデルにおける宇宙論的な重力波生成の解析と、これまでの解析を宇宙定数がある場合への拡張を行ない、観測データとの比較をすることにより非コペルニクス的な非一様性への制限をつける。また、研究計画には明記されていなかった非線形構造形成の解析に着手することを考えている。
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