拡張された重力理論による宇宙の加速膨張機構の探求

本研究の目的は「原始重力波のスペクトル指数が正となるスローロール・インフレーションモデルの妥当性の探究」である。インフレーション理論は宇宙初期の加速膨張を説明できる有力なシナリオであり、理論上実現可能なモデルが数多く提唱されてきた。これまでの偉大な観測結果から、中でもスローロール・インフレーションモデルが確からしいことは判明したが、それらのモデルが生成する原始重力波のスペクトル指数に対しては情報を得られていない。通例はそのスペクトル指数は負となると考えられていたが、申請者の先行研究によって、一般的な枠組みの下でスローロール・インフレーションモデルを考える場合、原始重力波のスペクトル指数が正にもなり得ることが示された。この特徴を持つインフレーションモデルはまだ解明されていないことが多いため、インフレーション終了後に続く再加熱期を実現できるかという観点からモデルの妥当性を検証することを試みた。通例、再加熱過程は具体的なモデルを仮定して調べられる。しかし、インフラトンとアインシュタイン・ヒルベルト項が結合するモデルにおいて、その結合関数を具体的に仮定せず解析的にエネルギー移送を評価する先行研究があった。このアイデアを参考に、解析的な手法と数値計算を駆使することで物質場へのエネルギー移送量を調査した。結果として、インフラトンのポテンシャルに調整を要する傾向が見られ、一般に考えられる自然なポテンシャルを用いて再加熱を実現することは困難であるように思われる。現在明らかになっている良いモデルはガウス・ボンネ項と結合するモデルのみであるので、この曲率項がなぜ再加熱過程を実現できるのかという観点からスペクトル指数が正となる原始重力波を生成するインフレーションモデルを模索する余地はある。

本研究の目的は「原始重力波のスペクトル指数が正となるスローロール・インフレーションモデルの妥当性の探究」である。インフレーション理論は宇宙初期の加速膨張を説明できる有力なシナリオであり、理論上実現可能なモデルが数多く提唱されてきた。これまでの偉大な観測結果から、中でもスローロール・インフレーションモデルが確からしいことは判明したが、それらのモデルが生成する原始重力波のスペクトル指数に対しては情報を得られていない。通例はそのスペクトル指数は負となると考えられていたが、申請者の先行研究によって、一般的な枠組みの下でスローロール・インフレーションモデルを考える場合、原始重力波のスペクトル指数が正にもなり得ることが示された。この特徴を持つインフレーションモデルはまだ解明されていないことが多いため、インフレーション終了後に続く再加熱期を実現できるかという観点からモデルの妥当性を検証することを試みた。通例、再加熱過程は具体的なモデルを仮定して調べられる。しかし、インフラトンとアインシュタイン・ヒルベルト項が結合するモデルにおいて、その結合関数を具体的に仮定せず解析的にエネルギー移送を評価する先行研究があった。このアイデアを参考に、解析的な手法と数値計算を駆使することで物質場へのエネルギー移送量を調査した。結果として、インフラトンのポテンシャルに調整を要する傾向が見られ、一般に考えられる自然なポテンシャルを用いて再加熱を実現することは困難であるように思われる。現在明らかになっている良いモデルはガウス・ボンネ項と結合するモデルのみであるので、この曲率項がなぜ再加熱過程を実現できるのかという観点からスペクトル指数が正となる原始重力波を生成するインフレーションモデルを模索する余地はある。