Magnetogenesis and the generation of primordial gravitatoinal waves during cosmic inflation

宇宙膨胀过程中的磁作用和原初引力波的产生

基本信息

批准号：
17J09103
负责人：
藤田智弘
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

初期宇宙で作られた宇宙磁場は、そのまま現在の宇宙まで何もせず残るのではなく、プラズマとの相互作用を通じて発展する。磁場とプラズマの共進化を記述するには磁気流体力学が標準的に使われているが、その中でカイラル磁場効果という新しい現象が近年注目を集めている。それは、温度が高く荷電粒子の質量が無視できる状況において、右巻きと左巻き荷電粒子の数に違いがある（カイラル非対称性）と、その差に比例した誘起電流が流れるという効果である。本年度はこの効果に注目し、共同研究者とともに磁場は全く無いが荷電粒子のカイラル非対称性はあるという初期条件から磁場がどのように生成され、その後どのように発展していくかを数値計算で丹念に調べるとともに、近似的に成り立つ解析的な式を導いた。プラズマ流体のゆらぎ（速度場）が無視できるような状況（レイノルズ数が小さい）では、最近発見されたように Chiral Magnetic Effect assisted inverse cascade という、通常のヘリカル磁場が示す Inverse cascadeとはスケーリングの異なる自己相似解があることを確認した上で、そこに対数補正が入ることを示した。反対に流体の速度場が無視できない状況（レイノルズ数が１よりずっと大きい）では、カイラル非対称性から生成されたヘリカル磁場の発展は、よく知られた通常の Inverse cascade のスケーリングによく乗ることを発見した。この研究によって、宇宙論的な状況のみならず高温下のパリティが破れた系において磁場がどのように生成・発展するかの重要な知見が得られた。原理的には、このカイラル磁場効果だけから磁場生成も可能であるが、より現実的にはカイラル非対称性だけでなく、ヘリカルな磁場も同時に存在する初期条件がもっともらしい。その場合に、どのような磁場が生き残るのかは今後の研究課題としたい。

在早期宇宙中产生的宇宙磁场并不能保持原样，而是通过与等离子体的相互作用而发展。磁水动力学是一种用于描述磁场和等离子体的共同进化的标准，其中，近年来，一种称为手性磁场效应的新现象引起了人们的注意。这就是在温度高且带电颗粒的质量可以忽略不计的情况下，右手和左手充电颗粒（手性不对称）的数量有差异，并引起与差异成正比的电流流。今年，我们专注于这种效果，与我们的合作者一起，我们仔细研究了如何从没有磁场的初始条件下生成磁场，但使用数值计算将其从无磁场的初始条件中发展出来，我们还得出了近似的分析方程。在最近发现的情况下，血浆流体波动（雷诺数很小）的情况可能可以忽略不计（雷诺数很小），我们证实，我们证实存在一种称为自相似的溶液，称为手性磁效应辅助逆速率，与正常的螺旋磁场所显示的逆级别相比，我们的级数不同。相反，在不忽略流体速度场的情况下（雷诺数大于1个），我们发现，通过手性不对称产生的螺旋磁场的发展通常会导致众所周知的正常反向级联反比的缩放。这项研究不仅提供了对宇宙学情况的重要见解，还提供了在高温下平价破裂的系统中如何产生和开发磁场的重要见解。原则上，仅凭这种手性磁场效应就可以产生一个磁场，但更现实的是，初始条件是合理的，不仅手性不对称，而且同时存在螺旋磁场。在这种情况下，将来将来是一个研究主题。

项目成果

期刊论文数量（40）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Statistically Anisotropic Tensor Modes from Inflation

通货膨胀的统计各向异性张量模式

DOI：
10.1088/1475-7516/2018/07/023
发表时间：
2018
期刊：
JCAP
影响因子：
0
作者：
Fujita;Tomohiro and Obata;Ippei and Tanaka;Takahiro and Yokoyama;Shuichiro
通讯作者：
Shuichiro

Mixed Non-Gaussianity from Axion-Gauge Field Dynamics

轴子规范场动力学的混合非高斯性

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
arXiv:1811.12371
影响因子：
0
作者：
Tomohiro Fujita;Ryo Namba;Ippei Obata
通讯作者：
Ippei Obata

インフレーション中に作られる重力波の振幅と非ガウス性と観測可能性

暴胀过程中产生的引力波的振幅、非高斯性和可观测性

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
藤田智弘;A. Agrawal;小松英一郎;藤田智弘
通讯作者：
藤田智弘

インフレーションでの重力波生成と種々の観測量

暴胀过程中引力波的产生和各种可观测值

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
藤田智弘;A. Agrawal;小松英一郎;藤田智弘;藤田智弘
通讯作者：
藤田智弘

Statistically Anisotropic Primordial Gravitational Waves from Gauge Field

来自规范场的统计各向异性原初引力波

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
藤田智弘;A. Agrawal;小松英一郎;藤田智弘;藤田智弘;Tomohiro Fujita
通讯作者：
Tomohiro Fujita

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通讯作者：
S. Kanda