宇宙構造の形成・進化における非線型効果の研究

宇宙结构形成与演化的非线性效应研究

• 批准号: 09740334
• 负责人: 横山 順一
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09740334/
• 关键词: 宇宙の大域構造; 密度揺らぎ; 非線型成長; 観測的宇宙論; 統計解析; 特異速度場; インフレーション宇宙論; 宇宙背景輻射; 宇宙の大規模構造; 摂動論; 統計分布; ボイド

本年度はまず、銀河の二体特異速度分布に関して昨年度に得られた研究成果を論文に刊行した。すなわち、観測及び数値シミュレーションから得られている指数関数的分布を、ラグランジ的摂動論で説明可能であることが公刊された。しかしこの理論には、得られる分布のピークの位置が数値シミュレーションと強非線形領域においてずれるという問題があった。そこでこの問題に取り組むため、ラグランジ摂動論と運動方程式から素直に得られる高次オイラー摂動論を比較検討し、その結果、重力ポテンシァルの進化と密接に関係した量の進化を追うには、前者は不向きであることを明らかにした。近年特異速度場の分散の歪度や尖度といった高次モーメントによって宇宙の密度パラメタ等の決定を試みる提案がなされている。本年度は前年度に行った特異速度場の領域毎の揺らぎ、つまりサンプルバリアンスの研究の経験を生かして、こうした高次モーメントのサンプルバリアンスを計算した。その結果、こうした高次モーメントの期待値自体は高次摂動論によって初めてゼロでない値が得られるが、その揺らぎは既に線形摂動論において現れることを示し、従って、こうした統計量には大きなサンプルバリアンスがあることを明らかにした。このほか、非線形ボイドが宇宙背景輻射の揺らぎに与える影響を定量的に解析し、その成果を公表した。また、初期宇宙における強非線形現象として大きな密度揺らぎによって原始ブラックホールの形成を予言するインフレーションモデルの構築に成功した。さらに、インフレーション、密度揺らぎの形成を実現する素粒子模型の構築を行うなど、極めて大きな研究成果をあげた一年であった。

今年，我们首次发表了去年关于星系二体奇异速度分布研究成果的论文。也就是说，通过观测和数值模拟得到的指数分布可以用拉格朗日微扰理论来解释。然而，该理论存在一个问题，即在强非线性区域中所得分布的峰值位置偏离数值模拟。因此，为了解决这个问题，我们比较了拉格朗日微扰理论和直接从运动方程得到的高阶欧拉微扰理论，发现为了跟踪与引力势演化密切相关的量的演化，前者很明显是不合适的。近年来，有人提出尝试使用奇异速度场色散的偏度和峰度等高阶矩来确定宇宙的密度参数。今年，我们利用前一年奇异速度场区域涨落研究的经验，计算了这些高阶矩的样本方差，即样本方差。因此，虽然这些高阶矩的期望值本身在高阶微扰理论中第一次变为非零，但在线性微扰理论中已经出现了涨落，因此这些高阶矩存在较大的样本方差。统计数据揭示了一些东西。此外，我们还定量分析了非线性空洞对宇宙背景辐射涨落的影响并发表了结果。我们还成功构建了一个暴胀模型，该模型预测了由于大密度涨落而形成的原始黑洞的形成，这是早期宇宙中的一种强非线性现象。此外，这一年还取得了极其重大的研究成果，包括构建了实现暴胀和密度涨落形成的基本粒子模型。

项目成果

瀬戸直樹、横山順一: "Evolution of the pairwise pecuiar velocity distribution function in Lagrangian perturbation theory" Astrophysical Journal. 492巻. 421-427 (1998)

Naoki Seto，Junichi Yokoyama：“拉格朗日微扰理论中成对特殊速度分布函数的演化”《天体物理学杂志》第 492 卷。421-427 (1998)

瀬戸直樹,横山順一: "Sample variance of the cesmic velocity field" Astrophysical Journal Letters. 496. L59-L62 (1998)

Naoki Seto，Junichi Yokoyama：“宇宙速度场的样本方差”天体物理学杂志快报 496。L59-L62 (1998)

山口昌英、横山順一: "Probability distribution function of the coarse-grained scalar field at finite temperature" Nuclear Physics B. (印刷中). (1998)

Masahide Yamaguchi、Junichi Yokoyama：“有限温度下粗粒标量场的概率分布函数”核物理 B.（出版中）。

J.Ellis N.Kaloper K.A.Olive.横山順一: "Topological R^4 inflation" Physical Review D. 印刷中. (1999)

J.Ellis N.Kaloper K.A.Olive.Junichi Yokoyama：“拓扑 R^4 膨胀”物理评论 D. 出版中（1999 年）。

横山順一 他: "講談社サイエンティフィク" 大学院宇宙物理(印刷中), (1999)

横山纯一等人：《讲谈社科学》天体物理学研究生院（正在出版），（1999）