精密観測時代における宇宙論的揺らぎの非線形性解析手法の確立

精密观测时代宇宙涨落非线性分析方法的建立

• 批准号: 14J03409
• 负责人: 成子 篤
• 金额: $ 3.16万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J03409/
• 关键词: 空間勾配展開法; Horndeski 理論; 宇宙無毛仮説; CMB; 修正重力理論; 離形変換; 宇宙マイクロ波背景輻射; 非ガウス性; インフレーション

本年度は、現在の宇宙の加速膨張を説明する一つの手だてとして注目される拡張型重力理論に対し、空間勾配展開法を適用することにより、隠れた重力理論の性質を明らかにする研究を行った。拡張型重力理論の代表格として知られるスカラー・テンソル理論、その中でも特に、重力場とスカラー場の方程式が2階までの微分方程式に従う一般論である Horndeski 理論に注目する。この理論の1つの大きな特徴として、スカラー場と重力場の運動項の間に結合が存在する点が挙げられ、これにより宇宙膨張に際して宇宙の非等方性が増大する可能性がある。空間的に一様だが、非等方性が存在するような宇宙を考え、空間勾配展開法を用いることにより、宇宙の非等方性のふるまいを解析した。その結果、比較的簡単なモデルの場合には「宇宙無毛仮説」の予言と一致し、宇宙の非等方性は指数関数的に減衰することがわかった。一方、スカラー場と重力場の運動項の間に結合があるような場合には、一般的には有限の非等方性が残ることを見出した。また本年は、宇宙マイクロ波背景輻射(CMB)の偏光に関する研究も行った。CMB光子の温度揺らぎの発展は、Boltzmann方程式により記述されるが、その方程式の非線形項からの寄与を正確に評価することが、観測技術の発展と相まってこれからますます重要になる。他方、私は過去に共同研究者と共に、光子の温度揺らぎに寄与する非線形効果をうまく評価するための方法、「Curve-of-sight」公式の導出を行った。そこで本年は、光子の温度揺らぎのみならずその偏光に対しても、生成される非線形効果を評価できるように、既存の公式の拡張を行った。得られた公式に基づいて、Boltzmann方程式のいくつかの非線形項からの影響を定量的に評価した。

今年，我们通过将空间梯度扩展应用于扩展的重力理论来阐明隐藏重力理论的特性，这引起了人们的注意，以解释当今宇宙的加速扩展。我们将重点关注标量张量理论，被称为扩展重力理论的代表性示例，尤其是Horndeski理论，这是一种一般理论，其中重力和标量场的方程遵循微分方程，直到第二阶。该理论的一个主要特征是标量和重力场的运动项之间存在耦合，这可能会在宇宙扩张后增加宇宙的各向异性。考虑到存在空间均匀性但存在各向异性的宇宙，我们通过使用空间梯度扩展来分析宇宙的各向异性行为。结果表明，在一个相对简单的模型的情况下，宇宙的解剖性质与“无毛假设”的预言一致，并且宇宙会呈指数减弱。另一方面，发现在标量场的运动项与重力场之间存在耦合的情况下，通常保留有限的各向异性。今年，我们还对宇宙微波背景辐射（CMB）的极化进行了研究。 Boltzmann方程描述了CMB光子温度波动的演变，但是对该方程的非线性项的贡献的准确评估将在将来变得越来越重要，再加上观察技术的发展。另一方面，我过去曾与合作者合作，得出“视线曲线”公式，这是一种成功评估有助于光子温度波动的非线性效应的方法。因此，今年我们扩展了现有公式，以便我们可以评估产生的非线性效应，不仅对光子的温度波动，而且对它们的极化效应。基于获得的公式，对Boltzmann方程的几个非线性项的影响进行了定量评估。

项目成果

Towards testing gravity theory with a pulsar-BH system

利用脉冲星 BH 系统测试重力理论

• 发表时间: 2015
• 作者: Ryo Saito;Atsushi Naruko;Takashi Hiramatsu;Misao Sasaki;成子 篤;Atsushi Naruko;成子 篤;Atsushi Naruko;Atsushi Naruko;成子 篤;Atsushi Naruko;Atsushi Naruko;成子 篤;成子 篤;Atsushi Naruko;Atsushi Naruko;Atsushi Naruko;成子 篤;Atsushi Naruko;Atsushi Naruko;成子 篤;Atsushi Naruko;成子 篤;Atsushi Naruko
• 通讯作者: Atsushi Naruko

一般的なスカラー・テンソル理論とその宇宙論への応用

广义标量张量理论及其在宇宙学中的应用

• 发表时间: 2017
• 作者: Ryo Saito;Atsushi Naruko;Takashi Hiramatsu;Misao Sasaki;成子 篤
• 通讯作者: 成子 篤

縮退したベクトル・テンソル理論

简并向量张量理论

• 发表时间: 2016
• 作者: Ryo Saito;Atsushi Naruko;Takashi Hiramatsu;Misao Sasaki;成子 篤;Atsushi Naruko;成子 篤;Atsushi Naruko;Atsushi Naruko;成子 篤
• 通讯作者: 成子 篤

Probing small-scale non-Gaussianity from anisotropies in acoustic reheating

从声再加热中的各向异性探测小尺度非高斯性

• 发表时间: 2015
• 期刊: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics
• 影响因子: 6.4
• 作者: Atsushi Naruko;Atsuhisa Ota;Masahide Yamaguchi
• 通讯作者: Masahide Yamaguchi

縮退したスカラー・ベクター・テンソル理論

简并标量向量张量理论

• 发表时间: 2016
• 作者: Ryo Saito;Atsushi Naruko;Takashi Hiramatsu;Misao Sasaki;成子 篤;Atsushi Naruko;成子 篤;Atsushi Naruko;Atsushi Naruko;成子 篤;Atsushi Naruko;Atsushi Naruko;成子 篤;成子 篤
• 通讯作者: 成子 篤