可変宇宙項を含む宇宙論への観測的制限

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現代宇宙論における最重要課題の一つは,宇宙定数問題である.最近の超新星タイプIaの観測やWMAPの結果からは,宇宙が加速膨張していることが示唆されている.これを説明する最も簡単なものは宇宙定数であるが,その大きさは素粒子の基礎理論から予想される値からは遙かに小さく,大きな謎である.この困難を解決すべく,スカラー場のダイナミクスを用いたクインテッセンス・シナリオが注目されている.これはまた,研究代表者による高次元理論を基礎にした新しいモデルも提案されており,観測データの解析を含め,宇宙におけるスカラー場のダイナミクスおよび宇宙に進化への影響を系統的に研究する時期にきていた.そこで本研究では,高次元理論を基にしたブレイン宇宙論を背景に,Stanford大学(Gravity Probe B group)で重力理論の観測的制限に関する研究を行ってきたJ.Overduin特別研究員を早稲田大学に迎え,宇宙定数問題の系統的な考察を行った.本年度は,前年度の準備的研究を基に時間的に変化する宇宙定数を伴う宇宙モデルの系統的な解析を行った.観測との関連では密度揺らぎの解析などが重要なポイントとなるが,それには全く新しいアプローチを必要とする.ここではその提案とともに,数値シミュレーションを含めた詳細な解析を行い,その観測からの制限を考えることで,宇宙モデルの制限や宇宙定数問題について考察をした.また,前年までの研究で明らかにされているブレイン宇宙論における普遍的側面をモデル解析に適用し,高次元理論の検証にどう関わってくるかを調べた.その中で,注目すべき成果として,ブレインに拘束された物質の量子効果を考えると,ある状況では宇宙の進化を表すフリードマン方程式に現れる宇宙定数が,非常に小さくすることが可能になり,現在の加速膨張を自然に説明できる可能性を与えた.また,Overduin特別研究員は,ダークマターとダークエネルギーを統一的に説明するモデルの観測的制限を与えている.今後本研究で行った系統的な解析により,宇宙定数問題の手がかりを見つけ,宇宙定数問題の本質的な理解につなげていきたい.