一般的なスカラー場理論を用いた初期宇宙モデルの構築と重力波による観測的峻別

使用一般标量场理论构建早期宇宙模型和使用引力波进行观测微分

基本信息

批准号：
15J04044
负责人：
西咲音
金额：
$ 1.79万
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：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J04044/
关键词：
初期宇宙修正重力理論インフレーション重力波

项目摘要

初期宇宙を説明するものとして一般的に考えられているインフレーションと呼ばれるシナリオがあるが、我々の以前の研究ではこの代替であるGenesisという初期宇宙シナリオに着目し、様々な重力波のパワースペクトルを再現できるようなモデルの拡張を行った。通常、宇宙には特別な方向はなく一様等方であるとして議論が行われるが、このGenesisモデルの拡張について議論を進めていく中で、宇宙が非等方性を保持したまま膨張するようなシナリオの可能性が示唆されていた。これはインフレーションのシナリオの中では非等方インフレーションと呼ばれ、多くの場合では重力場やスカラー場の他にベクトル場などを含むような様々なモデルで議論されているものである。これまでのGenesisシナリオでの研究から示唆されたのは非等方インフレーションがベクトル場を含まず、重力場とスカラー場のみで非等方インフレーションの解が得られる可能性であり、我々はこのようなモデルについて議論を行った。これにより初期宇宙や修正重力の理解への一助となることが期待される。モデルはホルンデスキー理論と呼ばれるスカラーテンソル理論のある一般的な形を用いることで、様々なモデルを包括的に扱った。これまでは、この理論で表される非等方インフレーションについて背景時空の進化を調べてきたが、次の段階として摂動の振る舞いを調べた。計算にはMathematicaとそのパッケージxTensorを用いて摂動についての場の方程式を記述したところ、ホルンデスキー理論に含まれる任意関数がどのような条件を満たすと非等方性を持ったゆらぎが得られるか、理論のどの項が非等方性を生じさせる原因となるのかがわかった。また、このモデルにおいては宇宙がほぼ等方な状態から始まるにもかかわらず、摂動には大きな非等方性が見られるような興味深いシナリオが存在することがわかった。

有一种称为暴胀的场景通常被认为可以解释早期宇宙，但我们之前的研究重点是另一种称为创世记的早期宇宙场景，并再现了各种引力波的功率谱，我们扩展了模型以使其成为可能。通常，讨论是基于宇宙没有特定方向且均匀各向同性的假设进行的，但当我们讨论这个创世模型的膨胀时，我们发现宇宙在膨胀的同时保留了其各向异性，提出了这种情况的可能性。。这在暴胀场景中被称为各向异性暴胀，并且经常在除了引力场和标量场之外还包括矢量场的各种模型中进行讨论。先前对创世场景的研究表明，各向异性暴胀不包括矢量场，并且可以仅使用引力场和标量场来获得各向异性暴胀的解，我们讨论了该模型。希望这将有助于理解早期宇宙和修正引力。该模型使用了称为 Horndesky 理论的标量张量理论的一般形式，并对各种模型进行了综合处理。到目前为止，我们已经研究了该理论所表达的各向异性膨胀的背景时空演化，但下一步我们研究了扰动行为。当我使用 Mathematica 及其包 xTensor 编写扰动场方程进行计算时，我发现了 Horndesky 理论中包含的任意函数满足哪些条件才能获得各向异性波动。我们现在知道理论中的哪些项会导致各向异性。此外，我们还发现了一个有趣的场景，即使在这个模型中宇宙一开始处于接近各向同性的状态，扰动也表现出很大的各向异性。