拡張された重力理論による宇宙の加速膨張機構の探求

利用扩展引力理论探索宇宙加速膨胀机制

• 批准号: 21J13407
• 负责人: 三嶋 洋介
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Rikkyo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J13407/
• 关键词: インフレーション; 初期宇宙; 修正重力; 修正重力理論; 宇宙論

本研究の目的は「原始重力波のスペクトル指数が正となるスローロール・インフレーションモデルの妥当性の探究」である。インフレーション理論は宇宙初期の加速膨張を説明できる有力なシナリオであり、理論上実現可能なモデルが数多く提唱されてきた。これまでの偉大な観測結果から、中でもスローロール・インフレーションモデルが確からしいことは判明したが、それらのモデルが生成する原始重力波のスペクトル指数に対しては情報を得られていない。通例はそのスペクトル指数は負となると考えられていたが、申請者の先行研究によって、一般的な枠組みの下でスローロール・インフレーションモデルを考える場合、原始重力波のスペクトル指数が正にもなり得ることが示された。この特徴を持つインフレーションモデルはまだ解明されていないことが多いため、インフレーション終了後に続く再加熱期を実現できるかという観点からモデルの妥当性を検証することを試みた。通例、再加熱過程は具体的なモデルを仮定して調べられる。しかし、インフラトンとアインシュタイン・ヒルベルト項が結合するモデルにおいて、その結合関数を具体的に仮定せず解析的にエネルギー移送を評価する先行研究があった。このアイデアを参考に、解析的な手法と数値計算を駆使することで物質場へのエネルギー移送量を調査した。結果として、インフラトンのポテンシャルに調整を要する傾向が見られ、一般に考えられる自然なポテンシャルを用いて再加熱を実現することは困難であるように思われる。現在明らかになっている良いモデルはガウス・ボンネ項と結合するモデルのみであるので、この曲率項がなぜ再加熱過程を実現できるのかという観点からスペクトル指数が正となる原始重力波を生成するインフレーションモデルを模索する余地はある。

这项研究的目的是“探索慢滚膨胀模型的有效性，其中原初引力波的光谱指数为正。”暴胀理论是一个强有力的假设，可以解释早期宇宙的加速膨胀，并且已经提出了许多理论上可行的模型。尽管迄今为止的大量观测表明，慢滚膨胀模型是最有可能的，但我们没有关于这些模型产生的原初引力波的光谱指数的信息。原初引力波的谱指数一般被认为是负的，但申请人之前的研究表明，当考虑一般框架下的慢滚膨胀模型时，原初引力波的谱指数也可以是正的。那由于许多具有这一特点的通货膨胀模型尚未被阐明，我们试图从能否实现通货膨胀结束后持续的再加热期的角度来验证模型的有效性。通常，假设特定模型来研究再加热过程。然而，在暴胀子项和爱因斯坦-希尔伯特项耦合的模型中，之前有研究在没有具体假设耦合函数的情况下分析评估了能量传递。基于这个想法，我们充分利用解析方法和数值计算来研究转移到物质场的能量大小。因此，暴胀势有需要调整的趋势，并且利用通常认为的自然势来实现再加热似乎很困难。目前唯一被揭示的好的模型是结合了Gauss-Bonnet项的模型，因此从这个曲率项为什么能够实现再加热过程的角度来看，可以解释为什么这个曲率项可以实现再加热过程模型还有探索的空间。

项目成果

Preferred frame effects for nonluminal GWs in pulsar timing arrays

脉冲星计时阵列中非光速引力波的首选帧效应

• 发表时间: 2021
• 作者: 村井 琢哉;古門大輔;森崎 一宏;上田 善弘;浜田 翔平;小林 祐輔;笹森貴裕;川端 猛夫;古田 巧;Risa Matsubara;Yosuke Mishima
• 通讯作者: Yosuke Mishima

パルサータイミングアレイによる非光速で伝播する重力波のpreferred frame効果について

利用脉冲星定时阵列研究非光速传播引力波的优选框架效应

• 发表时间: 2022
• 作者: 太田萌絵;中村梨那;井上拓美;村井琢哉;浜田翔平;小林祐輔;古田 巧;三嶋 洋介
• 通讯作者: 三嶋 洋介