一般的なスカラー場理論を用いた初期宇宙モデルの構築と重力波による観測的峻別

使用一般标量场理论构建早期宇宙模型和使用引力波进行观测微分

基本信息

批准号：
15J04044
负责人：
西咲音
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Rikkyo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-04-24 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J04044/
关键词：
初期宇宙修正重力理論インフレーション重力波

项目摘要

初期宇宙を説明するものとして一般的に考えられているインフレーションと呼ばれるシナリオがあるが、我々の以前の研究ではこの代替であるGenesisという初期宇宙シナリオに着目し、様々な重力波のパワースペクトルを再現できるようなモデルの拡張を行った。通常、宇宙には特別な方向はなく一様等方であるとして議論が行われるが、このGenesisモデルの拡張について議論を進めていく中で、宇宙が非等方性を保持したまま膨張するようなシナリオの可能性が示唆されていた。これはインフレーションのシナリオの中では非等方インフレーションと呼ばれ、多くの場合では重力場やスカラー場の他にベクトル場などを含むような様々なモデルで議論されているものである。これまでのGenesisシナリオでの研究から示唆されたのは非等方インフレーションがベクトル場を含まず、重力場とスカラー場のみで非等方インフレーションの解が得られる可能性であり、我々はこのようなモデルについて議論を行った。これにより初期宇宙や修正重力の理解への一助となることが期待される。モデルはホルンデスキー理論と呼ばれるスカラーテンソル理論のある一般的な形を用いることで、様々なモデルを包括的に扱った。これまでは、この理論で表される非等方インフレーションについて背景時空の進化を調べてきたが、次の段階として摂動の振る舞いを調べた。計算にはMathematicaとそのパッケージxTensorを用いて摂動についての場の方程式を記述したところ、ホルンデスキー理論に含まれる任意関数がどのような条件を満たすと非等方性を持ったゆらぎが得られるか、理論のどの項が非等方性を生じさせる原因となるのかがわかった。また、このモデルにおいては宇宙がほぼ等方な状態から始まるにもかかわらず、摂動には大きな非等方性が見られるような興味深いシナリオが存在することがわかった。

有一种称为通货膨胀的情况，通常被认为可以解释早期宇宙，但是我们以前的研究集中在这种选择，创世纪，并扩展了模型以重现各种引力波的功率谱。通常，讨论是统一的各向同性的，在宇宙中没有特殊的方向，但是随着该创世纪模型的扩展进行讨论，人们建议宇宙在维持各向异性的同时扩展。这称为各向异性通货膨胀情景，并且在各种模型中经常进行讨论，包括重力和标量场之外的矢量场。在创世纪情景中的先前研究表明，各向异性膨胀不包括载体场，并且只能使用重力和标量场提供各向异性膨胀的解决方案，我们讨论了这种模型。这有望帮助我们了解早期的宇宙和修改后的重力。该模型使用称为Horndeski理论的标量张量理论的一般形式，并以全面的方式处理了广泛的模型。到目前为止，我们已经研究了背景时空在该理论中表达的各向异性通胀上的演变，但是作为下一步，我们研究了扰动的行为。在计算中，我们使用Mathematica及其软件包Xtensor来描述扰动的场方程，并发现Horndesky理论中包含的任意功能满足了获得各向异性波动的何种条件，以及该理论中哪个术语导致各向异性。此外，我们发现在这个模型中，尽管宇宙始于近乎各向同性的状态，但在一个有趣的情况下，扰动是大各向异性的。