宇宙論的観測によるインフレーションモデルの区別

本年度我々は、宇宙初期のインフレーション期に生成されたと考えられている初期揺らぎの性質に対し制限を与えることを中心に研究を行った。そのような初期揺らぎを調べることは、インフレーションを起こすインフラトン場を含め、宇宙初期の高エネルギースケールにおいてどのような量子場が存在するか検証することを可能にするため、宇宙論、素粒子論双方の観点から興味深い分野である。中でも重点的に行ったのは、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の観測を用いて、初期揺らぎがガウス統計性に従うか検証することである。昨年度に開発した、非ガウス性を持った初期揺らぎの作るCMB非等方マップのしミューレションコードと及びCMB観測衛星であるWilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)の最新データを用いて、等曲率揺らぎの非ガウス性および曲率揺らぎの高次の非ガウス性に対する最適な制限を与えた。前者に関してはこれまでに様々な理論予言が与えられていたが、我々の研究が初めての観測的制限であった。また、得られた制限をアクシオンモデルなどいくつかの代表的な理論モデルに適用し、初期宇宙論および素粒子論に対し有用な知見を与えた。一方、後者はデータを最適に重み付けすることで、同等のデータを用いた他の先行研究に比べ大幅な制限の向上を実現した。その一方で、論文として発表できたのは採用期間後であるが、将来の21cm線観測を用いた小スケールでの密度揺らぎへの制限の見通しについても昨年に引き続き研究を行った。昨年度までは宇宙再電離前の空間的にほぼ一様な中性水素からのシグナルを考えていたが、本年度はミニハローと呼ばれる星形成を起こさない比較的小さなダークマターハロー中の水素からのシグナルに着目した。我々は、ミニハローからの21cm線を考えることで、小さなスケールでの等曲率揺らぎの振幅についてこれまでの観測の制限を大幅に改善できる可能性を示した。

本年度我々は、宇宙初期のインフレーション期に生成されたと考えられている初期揺らぎの性質に対し制限を与えることを中心に研究を行った。そのような初期揺らぎを調べることは、インフレーションを起こすインフラトン場を含め、宇宙初期の高エネルギースケールにおいてどのような量子場が存在するか検証することを可能にするため、宇宙論、素粒子論双方の観点から興味深い分野である。中でも重点的に行ったのは、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の観測を用いて、初期揺らぎがガウス統計性に従うか検証することである。昨年度に開発した、非ガウス性を持った初期揺らぎの作るCMB非等方マップのしミューレションコードと及びCMB観測衛星であるWilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)の最新データを用いて、等曲率揺らぎの非ガウス性および曲率揺らぎの高次の非ガウス性に対する最適な制限を与えた。前者に関してはこれまでに様々な理論予言が与えられていたが、我々の研究が初めての観測的制限であった。また、得られた制限をアクシオンモデルなどいくつかの代表的な理論モデルに適用し、初期宇宙論および素粒子論に対し有用な知見を与えた。一方、後者はデータを最適に重み付けすることで、同等のデータを用いた他の先行研究に比べ大幅な制限の向上を実現した。その一方で、論文として発表できたのは採用期間後であるが、将来の21cm線観測を用いた小スケールでの密度揺らぎへの制限の見通しについても昨年に引き続き研究を行った。昨年度までは宇宙再電離前の空間的にほぼ一様な中性水素からのシグナルを考えていたが、本年度はミニハローと呼ばれる星形成を起こさない比較的小さなダークマターハロー中の水素からのシグナルに着目した。我々は、ミニハローからの21cm線を考えることで、小さなスケールでの等曲率揺らぎの振幅についてこれまでの観測の制限を大幅に改善できる可能性を示した。