宇宙の加速膨張の起源の探究－宇宙論スケールにおける重力理論の検証－

探索宇宙加速膨胀的起源 - 在宇宙尺度上验证引力理论 -

基本信息

批准号：
11J07136
负责人：
成川達也
金额：
$ 0.83万
依托单位：
The University of Tokyo (2012)Hiroshima University (2011)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は「宇宙の加速膨張の起源となる物理機構の解明」であり、第一段階の目標「宇宙論スケールにおける重力理論の検証」に向けて本年度に実施した研究の成果を1.理論の定式化と2.観測的検証の2項目に分けて報告する。1.局所領域における修正重力理論の定式化:宇宙の加速膨張の発見に動機づけられ、重力法則を長距離で修正する理論が活発に研究されている。太陽系では一般相対論が高精度で検証されているため、重力の修正は局所領域において遮蔽されなければならない。さまざまな修正重力理論が、スカラー・テンソル理論の観点から議論されている。近年、それらのすべてのモデルを包含した「Horndeski理論」が活発に研究されている。Horndeski理論の定式化は、具体的なモデルの予言を解析するのに応用することができ、新しいモデルの構築にも有益である。私は、局所領域においてHorndeski理論の定式化を行った。Horndeski理論において、スカラー場が遷移半径以下の短距離で遮蔽されるような、静的球対称解を導出した。最も一般的な場合(Horndeski理論)における静的球対称な問題の本質的構造は、5次方程式の解の中からスカラー場の遮蔽を実現する解を分類する問題としてとらえることができる。私はスカラー場が従う5次方程式の短距離における遮蔽解と長距離における漸近解を接続することによって、スカラー場のプロファイルの導出に成功した。これは、近傍銀河団のような系に対して適用することができる有益な定式化である。私はまた、Massive gravity理論の低エネルギー極限に対応するHorndeski理論の係数をみつけ出し、Massive gravity理論において解が滑らかに接続される条件を導いた。2.観測的検証:銀河団は宇宙最大の自己重力束縛体であり、重力理論の検証に関して絶好の実験場である。銀河団レンズは、重力レンズ効果を用いて銀河団の重力ポテンシャル分布を測定する観測で、来年度から始動するSubaru/HyperSuprime-Camで数千個の銀河団についての銀河団レンズが観測される計画である。私は銀河団レンズによるスカラー場の遮蔽機構を備えた修正重力理論のテストの可能性を探究した。1.局所領域における修正重力理論の定式化を近傍銀河団の重力レンズシグナルの予言に適用した。重力レンズの特徴的な効果は、スカラー場の2階微分が遮蔽領域への遷移半径で大きくなることによって、コンバージェンス(収束率)に特徴的シグナルが現れることである。このシグナルによって、修正重力理論を特徴づけるパラメータに観測的制限を与えることができる。私は特にMassive gravity理論において、銀河団レンズのシグナルについて議論をおこなった。

这项研究的目的是“阐明宇宙加速膨胀的物理机制”，今年的研究成果朝着“在宇宙尺度上验证引力理论”的第一阶段目标迈进。 ”的内容如下： 1.报告分为理论阐述和2.观察验证两部分。 1. 修正局部引力理论：在宇宙加速膨胀的发现的推动下，修正远距离引力定律的理论正在积极研究。由于广义相对论已在太阳系中得到高精度验证，因此必须在局部区域屏蔽引力修正。从标量张量理论的角度讨论了各种修正的引力理论。近年来，包括所有这些模型的“Horndeski 理论”得到了积极的研究。 Horndeski 理论的表述可以应用于分析具体模型的预测，也可用于构建新模型。我在当地阐述了霍恩德斯基的理论。在 Horndeski 的理论中，我们导出了一个静态球对称解，其中标量场在小于过渡半径的短距离内被屏蔽。最一般情况下（Horndeski 理论）的静态球对称问题的基本结构可以被视为对实现从五次方程的解中屏蔽标量场的解进行分类的问题。我通过连接标量场所遵循的五次方程的短程屏蔽解和长程渐近解，成功地导出了标量场的轮廓。这是一个有用的公式，可以应用于附近星系团等系统。我还找到了霍恩德斯基理论中与大质量引力理论低能极限相对应的系数，并推导出了大质量引力理论中解之间平滑连接的条件。 2、观测验证：星系团是宇宙中最大的自引力束缚体，是检验引力理论的理想试验场。星系团透镜是一种利用引力透镜效应测量星系团引力势分布的观测，计划于明年开始观测数千个星系团的星系团透镜。我探索了通过星系团透镜的标量场屏蔽机制测试修正引力理论的可能性。 1.我们将局部区域修正引力理论的公式应用于邻近星系团引力透镜信号的预测。引力透镜效应的一个特征效应是标量场的二阶导数在到遮挡区域的过渡半径处变大，并且在会聚(会聚率)中出现特征信号。该信号使我们能够对表征修正重力理论的参数施加观测约束。我特别讨论了大引力理论中星系团透镜的信号。