ダークエネルギー理論の構築とその観測的検証

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本研究ではダークエネルギーの理論模型として修正重力理論の立場をとり、その理論的な帰結から観測的に区別する指標を見出すことに主眼をおき解析を行ってきた。今年度の研究成果は多岐に渡るため、主な成果として一つの研究について詳しく述べる。今年度の主な成果は、f(R)重力理論で1電子ボルトのステライル・ニュートリノを考慮した解析である。近年のニュートリノ振動実験から、非常に軽い質量を持った3世代のニュートリノの他に、1電子ボルト程度の質量を持つステライル・ニュートリノの存在が示唆されている。宇宙論的観点から考えると、このような粒子は光速に近い速度で運動し、かつ重力相互作用を及ぼすため、銀河の大規模構造のタネとなる物質密度揺らぎの成長を抑制する働きを持つ。一方、我々は前年度までの研究により、f(R)重力理論では密度揺らぎの成長が促進され、ニュートリノによる抑制と相殺することを示した。そこで我々は1電子ボルトのステライル・ニュートリノの存在を仮定したもとで数値計算を行い、アインシュタインの一般相対論においては密度揺らぎが銀河団存在量の観測から得られている値まで成長しない一方で、f(R)重力理論においては密度揺らぎが観測値まで成長することを突き止めた。同時に、f(R)重力理論は宇宙マイクロ波背景放射と銀河のパワースペクトルの観測データをよりよく再現できることを明らかにした。これにより、将来の素粒子実験により1電子ボルトのステライル・ニュートリノの存在が確立すれば、修正重力理論が優位になる。以上の他に、f(R)重力理論によるインフレーション後の再加熱の解析、一般化ガリレオン理論におけるブラックホール摂動の安定性解析、有質量重力子理論での加速膨張解の発見、ストキャスティック法を用いたインフレーションの相関関数の導出、新たな非ガウス性整合関係を持つインフレーション模型の構築の研究を行った。