宇宙背景放射の新たな解析方法の提案とそれを用いた精細宇宙論の提案

本研究課題は、宇宙背景放射(CMB)非等方性の起源・性質を理論的・観測的に明らかにすることを目的としているが、本年度は特に近年の精密観測によって見つかりつつあるCMB温度揺らぎパワースペクトルの局所的増幅を自然に実現する理論を構築する研究を主に行った。CMB揺らぎは初期宇宙のインフレーション中に生成された量子揺らぎを起源とすると考えられている。本研究では、インフレーション中に(インフラトン場とは別の)重たい場が存在し、インフラトン場と特定の微分結合を持っていた場合に、インフラトン場の揺らぎの方程式が、いわゆるマシュー方程式の形に従うことを明らかにした。重たい場がインフレーション中に振動した場合、共鳴現象によって、重たい場の質量に対応するスケールで揺らぎが(波数空間で)局所的に増幅されることを確認し、この増幅がCMB観測で見られるパワースペクトルの増幅を説明し得ることを明らかにした。特に、本モデルでは揺らぎの増幅の幅が非常に細いことが特徴的かつ画期的であるが、これは重たい場の振動が急激に減衰することを利用している。素粒子の統一理論として有望な超弦理論においては、多くのスカラー場が登場するが、特に余剰次元方向の自由度の質量が大きくなる傾向にある。このモードと、本モデルに必要なインフラトン場との微分結合が、超弦理論に基づくモノドロミーインフレーションモデルに自然に出現することも見出した。適切なパラメータ領域で観測的に好まれる揺らぎの増幅が起ころことも確認し、超弦理論と宇宙論的観測を繋ぐ新たな手掛かりとして非常に有望であると考えている。また、近年中の観測が見込まれるCMBのBモード偏光に関しても、アインシュタイン・エーテル理論という修正重力理論において大振幅の生成が可能であることを見出し、論文としてまとめた。

本研究課題は、宇宙背景放射(CMB)非等方性の起源・性質を理論的・観測的に明らかにすることを目的としているが、本年度は特に近年の精密観測によって見つかりつつあるCMB温度揺らぎパワースペクトルの局所的増幅を自然に実現する理論を構築する研究を主に行った。CMB揺らぎは初期宇宙のインフレーション中に生成された量子揺らぎを起源とすると考えられている。本研究では、インフレーション中に(インフラトン場とは別の)重たい場が存在し、インフラトン場と特定の微分結合を持っていた場合に、インフラトン場の揺らぎの方程式が、いわゆるマシュー方程式の形に従うことを明らかにした。重たい場がインフレーション中に振動した場合、共鳴現象によって、重たい場の質量に対応するスケールで揺らぎが(波数空間で)局所的に増幅されることを確認し、この増幅がCMB観測で見られるパワースペクトルの増幅を説明し得ることを明らかにした。特に、本モデルでは揺らぎの増幅の幅が非常に細いことが特徴的かつ画期的であるが、これは重たい場の振動が急激に減衰することを利用している。素粒子の統一理論として有望な超弦理論においては、多くのスカラー場が登場するが、特に余剰次元方向の自由度の質量が大きくなる傾向にある。このモードと、本モデルに必要なインフラトン場との微分結合が、超弦理論に基づくモノドロミーインフレーションモデルに自然に出現することも見出した。適切なパラメータ領域で観測的に好まれる揺らぎの増幅が起ころことも確認し、超弦理論と宇宙論的観測を繋ぐ新たな手掛かりとして非常に有望であると考えている。また、近年中の観測が見込まれるCMBのBモード偏光に関しても、アインシュタイン・エーテル理論という修正重力理論において大振幅の生成が可能であることを見出し、論文としてまとめた。