Unified origins of cosmic accelerated expansion, three cosmic compositions, large-scale magnetic fields and primordial gravitational waves in extended gravitational theories

扩展引力理论中宇宙加速膨胀、三种宇宙成分、大尺度磁场和原初引力波的统一起源

基本信息

批准号：
21K03547
负责人：
馬塲一晴
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Fukushima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題では，長距離スケールで一般相対性理論を拡張する方法により，現在の宇宙の加速膨張機構を解明することを目的とする．本研究の成果により，量子重力の普遍的性質を探る手だてが得られる可能性がある．令和4年度の研究実績は下記のようにまとめられる．(1) スカラー曲率および高次曲率項であるガウス=ボンネ不変量と電磁場が結合する場合を考察し，電磁場の共形不変性の破れを通じて電磁場の量子揺らぎが生成される過程を詳細に解析した．特に，量子揺らぎを起源とする原始磁場がねじれた構造（磁気ヘリシティ）をもつ場合，量子異常効果を通じて生成されるバリオン数密度を求めた．その結果，観測と整合的な強度の宇宙磁場とバリオン非対称の値が生成され得る可能性を明らかにした．(2)暗黒エネルギーと暗黒物質の状態方程式は互いに異なるため，両者は異なる起源をもつと考えられる．ところが，宇宙全体に占める両者の割合は同程度であり，コインシデンス問題と呼ばれている．そこで，流体として振る舞う暗黒物質が暗黒エネルギーと結合する場合を考察し，各種の宇宙論的パラメータの進化を観測と比較した．さらに，暗黒エネルギーの状態方程式とエネルギー条件を詳しく調べ，量子重力と無矛盾であるようで実際は量子重力とは相容れないモデル（スワンプランド予想）に関する考察を行った．(3)ネーター対称性を用いて，f(R)重力理論における円筒対称性や平面対称性をもつ解を求めた．加えて，多様な拡張重力理論における宇宙物理学の理論的研究を遂行した．特に，物質の密度揺らぎの成長，ブラックホール解の量子論的トンネル効果およびブラックホール熱力学の解析，現実的なコンパクト天体の性質，ブラックホールの準周期的振動の解析を通じたブラックホール解への制限，カシミール効果のワームホール解への影響，自己重力系の動的進化，時空の特異点を回避するバウンス解等を研究した．

该研究项目的目的是通过在长距离尺度上扩展广义相对论来阐明当前宇宙加速膨胀的机制。这项研究的结果可能为探索量子引力的普遍性质提供一种手段。 2020财年的研究结果可总结如下。 (1) 考虑了电磁场与标量曲率项和高阶曲率项高斯-邦尼不变量耦合的情况，详细分析了电磁场量子涨落通过违反电磁场的共形不变性．特别是，当源自量子涨落的原始磁场具有扭曲结构（磁螺旋性）时，我们确定了通过量子反常效应产生的重子数密度。结果，我们揭示了产生与观测一致的宇宙磁场和重子不对称值的可能性。 (2)由于暗能量和暗物质的状态方程彼此不同，因此它们被认为具有不同的起源。但两者在整个宇宙中所占的比例却大致相同，这就是所谓的巧合问题。因此，我们考虑了表现为流体的暗物质与暗能量结合的情况，并将各种宇宙学参数的演化与观测结果进行了比较。此外，我们还详细研究了暗能量的状态方程和能量条件，并考虑了一个看似与量子引力一致但实际上与量子引力不相容的模型（沼泽猜想）。 (3)利用诺特对称性，我们找到了f(R)引力理论中的圆柱对称性和平面对称性的解。此外，他还开展了各种引力扩展理论中的天体物理学理论研究。特别是，我们研究了物质中密度涨落的增长、黑洞溶液的量子隧道效应、黑洞热力学分析、现实致密物体的性质以及黑洞准周期振荡的分析。约束、卡西米尔效应对虫洞解的影响、自引力系统的动态演化以及避免空间和时间奇点的弹跳解。