Unified origins of cosmic accelerated expansion, three cosmic compositions, large-scale magnetic fields and primordial gravitational waves in extended gravitational theories

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究課題では，長距離スケールで一般相対性理論を拡張する方法により，現在の宇宙の加速膨張機構を解明することを目的とする．本研究の成果により，量子重力の普遍的性質を探る手だてが得られる可能性がある．令和4年度の研究実績は下記のようにまとめられる．(1) スカラー曲率および高次曲率項であるガウス=ボンネ不変量と電磁場が結合する場合を考察し，電磁場の共形不変性の破れを通じて電磁場の量子揺らぎが生成される過程を詳細に解析した．特に，量子揺らぎを起源とする原始磁場がねじれた構造（磁気ヘリシティ）をもつ場合，量子異常効果を通じて生成されるバリオン数密度を求めた．その結果，観測と整合的な強度の宇宙磁場とバリオン非対称の値が生成され得る可能性を明らかにした．(2)暗黒エネルギーと暗黒物質の状態方程式は互いに異なるため，両者は異なる起源をもつと考えられる．ところが，宇宙全体に占める両者の割合は同程度であり，コインシデンス問題と呼ばれている．そこで，流体として振る舞う暗黒物質が暗黒エネルギーと結合する場合を考察し，各種の宇宙論的パラメータの進化を観測と比較した．さらに，暗黒エネルギーの状態方程式とエネルギー条件を詳しく調べ，量子重力と無矛盾であるようで実際は量子重力とは相容れないモデル（スワンプランド予想）に関する考察を行った．(3)ネーター対称性を用いて，f(R)重力理論における円筒対称性や平面対称性をもつ解を求めた．加えて，多様な拡張重力理論における宇宙物理学の理論的研究を遂行した．特に，物質の密度揺らぎの成長，ブラックホール解の量子論的トンネル効果およびブラックホール熱力学の解析，現実的なコンパクト天体の性質，ブラックホールの準周期的振動の解析を通じたブラックホール解への制限，カシミール効果のワームホール解への影響，自己重力系の動的進化，時空の特異点を回避するバウンス解等を研究した．