2019 Fiscal Year Research-status Report
宇宙の大規模構造の力学的統計解析を用いた初期宇宙物理学の探求
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19K03835
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
松原 隆彦 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (00282715)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 宇宙論 / 宇宙の大規模構造 / 初期密度ゆらぎ / 原始ブラックホール |
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| Outline of Annual Research Achievements |
宇宙の大規模構造から初期宇宙の情報を得るためには、大規模構造の統計的情報を用いることが必要とされる。宇宙の密度ゆらぎにおける密度ピークに効率的に構造ができると考えられるため、ピークの統計が重要な役割を演ずる。本年度はランダム場におけるピーク統計に関する研究を重点的に行った。まず、ピークの位置に形成された天体は周りの質量に比べて速度にバイアスが生じるという効果が知られているが、その詳細な定式化を考案することで速度バイアスの起きる基本的なメカニズムを明らかにした。また、宇宙の初期ゆらぎはランダムガウス場と考えられており、そのクラスタリングの強さを表す相関関数を、比較的小スケールで評価する手法を新しく開発し、解析的な方法と数値的な方法を比較することでその性質を明らかにした。さらに、弱い非ガウス性の効果を考慮した場合に、ピークの相関関数を求める新たな解析的定式化にも成功した。さらにまた、初期宇宙のゆらぎの性質よっては宇宙初期に原始ブラックホールができる可能性があり、そのときにできるブラックホールの空間的な相関を初期ゆらぎの非ガウス性と結びつけることに成功した。特に宇宙初期のインフレーション期の最後に出現する物質優勢期に原始ブラックホールができる場合について、新しい結果を得た。また、ドジッター空間における４次元重力理論の赤外領域の力学を考えることにより、インフレーションやダークエネルギーに対する性質の予言を理論的に与え、実際の観測データと比較しても妥当な結果を導くことを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の予定を超えて大規模構造や原始ブラックホールなどにおける統計量に関する進展があった。特に、構造形成理論に重要な役割を果たすと考えられるピークの統計量については、解析的に初期ゆらぎの性質と結びつける定式化を複数の観点から達成することができた。この定式化を用いることで、より具体的な観測対象である銀河分布や重力レンズ効果などの解析に応用する可能性を大きく広げることができる。この成果を用いることで、より深く初期宇宙の物理を調べるために必要な宇宙初期ゆらぎの性質を現実の観測量と結びつける道筋が明らかになってきた。今後の研究の幅を大きく広げるための基礎的な進展が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に得られた基礎的な進展を基礎とすることにより、より具体的な観測量である大規模構造や重力レンズの解析によって得られる宇宙論的情報の範囲を広げる。特に、ピーク統計についてはこれまでに知られていなかった解析的手法が明らかになったため、これを用いて宇宙初期ゆらぎの性質に制限を与えるための新しい手法の開発や調査を進めていく。同時に、原始ブラックホールの統計的性質をさらに詳しく予言することにより、宇宙の初期状態に対する情報を引き出すために必要な解析的手法を開発する。また、インフレーションなどの宇宙初期の力学によって引き起こされる可能性のある、わずかな初期非ガウス性を観測量から引き出すため、さらに引き続いて観測可能量と非ガウス性の関係を求めるための解析的手法の洗練を引き続いて行う。また、ダークエネルギーの性質を予言する基礎理論的なアプローチを、すでに得られている観測結果と比較することにより、宇宙の成り立ちそのものに対する知見を得るという方向性の研究を推進する。
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| Causes of Carryover |
計算機整備のための経費が当初の予定よりも少なくて済んだため、次年度の計算機資源の拡充に充てることにした。これにより、次年度の研究の進展に最適化した計算機の購入をすることができるようになる。
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Research Products
(12 results)
