ビッグバン元素合成から探る暗黒物質

从大爆炸核合成中探索暗物质

基本信息

批准号：
20J20248
负责人：
村井開
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)について、宇宙複屈折の効果を含めた数値計算に関する研究を行った。宇宙複屈折とは、CMB光子が宇宙空間を伝播する際に直線偏光の偏光面が回転する現象であり、アクシオンなどの擬スカラー粒子が光子と相互作用を持つことによって生じうる。現在CMBの観測から等方な複屈折の存在が示唆されており、その起源として様々なアクシオン模型が調べられている。今回は特にearly dark energyと呼ばれる模型について複屈折の効果を含めたCMBの数値計算を行い、CMB観測による模型の検証可能性を議論した。Early dark energyはハッブル定数の推定における不一致を解消する模型の一つであり、その存在がCMBの偏光回転という別の観点から検証される可能性を指摘した。また、超対称性の枠組みに含まれる模型において、Q-ballと呼ばれるノントポロジカルソリトンやバリオン数生成に注目し、重力波や原始ブラックホールの生成についての研究を行った。宇宙初期において局所的に大きなバリオン数が生成される模型において、その領域は後の宇宙で他の領域よりも大きなエネルギー密度を持つことになるため、原始ブラックホールへと潰れる可能性がある。このようなシナリオにおいて、原始ブラックホール生成量の推定を従来よりも正確に行うとともに、ブラックホールに取り込まれないバリオン数の存在からシナリオに新たな制限を与えた。さらに、その制限を逃れうる模型を提案した。

今年，我们进行了宇宙微波背景辐射（CMB）的数值计算研究，包括宇宙双折射的影响。宇宙双折射是一种当 CMB 光子在空间传播时线偏振光的偏振面发生旋转的现象，并且当轴子等赝标量粒子与光子相互作用时会发生这种现象。目前，宇宙微波背景观测表明各向同性双折射的存在，并且正在研究各种轴子模型作为其起源。这次，我们进行了CMB的数值计算，包括双折射的影响，特别是对于一个称为早期暗能量的模型，并讨论了通过CMB观测来验证该模型的可能性。早期暗能量是解决哈勃常数估计差异的模型之一，我们指出了从宇宙微波背景偏振旋转的另一个角度验证其存在的可能性。此外，在超对称框架中的模型中，我们重点研究了称为Q球的非拓扑孤子和重子数的产生，并对引力波和原初黑洞的产生进行了研究。在早期宇宙中产生大量局部重子数的模型中，该区域将比宇宙后期的其他区域具有更高的能量密度，并且可能坍缩成原始黑洞。在这样的场景中，我们不仅比以前更准确地估计了原初黑洞的产生量，而且由于未被黑洞吸收的重子数量的存在，也对场景施加了新的约束。此外，我们提出了一个可以摆脱这些限制的模型。