重力波天文学による初期宇宙現象論の観測可能性

研究の目標である原始ブラックホールや初期宇宙現象の観測可能性について、本年度は主に以下のような成果を得た。原始ブラックホールの生成に関して、二形式場を利用した新たな理論モデルでも原始ブラックホールが形成されうることを検証した。特に、私はその理論モデルにおいて二次的に生成される重力波のシグナルの精密な数値計算を実行した。また、別の原始ブラックホール生成モデルにおいて、ブラックホールの生成が空間的に非常に偏って生じることを計算した。ブラックホール同士の相関関数を計算することで、ブラックホールが作る等曲率揺らぎや、ブラックホール連星の生成確率への影響を評価することが出来るようになった。以上の結果を用いて、原始ブラックホールが空間的に偏って生成された場合に観測されるブラックホール連星合体への影響を調べた。他にも初期宇宙の現象論的研究として、WIMPと呼ばれる暗黒物質候補が対消滅した際に宇宙背景輻射に与える影響を評価した。WIMPは弱く相互作用する重い粒子の略称であり、現在の宇宙の暗黒物質を説明する候補の一つである。WIMPモデルでは、初期宇宙でWIMPが対消滅しながら数を減らすことよって、ちょうど現在の宇宙の暗黒物質量を説明できると期待されている。そのため、WIMPモデルを検証するためには、その対消滅のシグナルを捉えることが重要な観測手段になる。私の研究では、WIMPの対消滅が宇宙背景輻射に与える影響を調べた。WIMPの対消滅により初期宇宙のプラズマの電離率が変更されると、宇宙背景輻射のゆらぎのスペクトルが変化しうる。特に、初期宇宙の小スケールに大きな密度揺らぎが存在した場合に作られるコンパクトなミニハローが対消滅を増幅させる効果を研究した。以上の成果を踏まえ、本年度は期待以上の研究を行うことができたと考えている。

研究の目標である原始ブラックホールや初期宇宙現象の観測可能性について、本年度は主に以下のような成果を得た。原始ブラックホールの生成に関して、二形式場を利用した新たな理論モデルでも原始ブラックホールが形成されうることを検証した。特に、私はその理論モデルにおいて二次的に生成される重力波のシグナルの精密な数値計算を実行した。また、別の原始ブラックホール生成モデルにおいて、ブラックホールの生成が空間的に非常に偏って生じることを計算した。ブラックホール同士の相関関数を計算することで、ブラックホールが作る等曲率揺らぎや、ブラックホール連星の生成確率への影響を評価することが出来るようになった。以上の結果を用いて、原始ブラックホールが空間的に偏って生成された場合に観測されるブラックホール連星合体への影響を調べた。他にも初期宇宙の現象論的研究として、WIMPと呼ばれる暗黒物質候補が対消滅した際に宇宙背景輻射に与える影響を評価した。WIMPは弱く相互作用する重い粒子の略称であり、現在の宇宙の暗黒物質を説明する候補の一つである。WIMPモデルでは、初期宇宙でWIMPが対消滅しながら数を減らすことよって、ちょうど現在の宇宙の暗黒物質量を説明できると期待されている。そのため、WIMPモデルを検証するためには、その対消滅のシグナルを捉えることが重要な観測手段になる。私の研究では、WIMPの対消滅が宇宙背景輻射に与える影響を調べた。WIMPの対消滅により初期宇宙のプラズマの電離率が変更されると、宇宙背景輻射のゆらぎのスペクトルが変化しうる。特に、初期宇宙の小スケールに大きな密度揺らぎが存在した場合に作られるコンパクトなミニハローが対消滅を増幅させる効果を研究した。以上の成果を踏まえ、本年度は期待以上の研究を行うことができたと考えている。