アクシオンと初期宇宙シナリオに関する研究

轴子和早期宇宙场景的研究

• 批准号: 17J09736
• 负责人: 北嶋 直弥
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J09736/
• 关键词: アクシオン; 暗黒物質; 重力波; 原始ブラックホール; インフレーション

平成30年度における私の研究として、宇宙初期におけるアクシオンの共鳴現象から重力波が生成される可能性を指摘し、数値シミュレーションを駆使して生成される重力波強度を定量的に評価した。特にアクシオンの自己相互作用によるパラメター共鳴とそれに伴う重力波生成を解析するための３次元格子シミュレーションコードの独自開発に成功し、新しい結果を出せたことが成果として挙げられる。また、将来の多波長重力波観測を見据え、アクシオン宇宙が予言する重力波フォレストという概念を新たに提唱したことも成果の一つである。また、アクシオンとゲージ場が相互作用するモデルについて、宇宙初期のゲージ場の共鳴的生成現象を詳細に解析した研究も実績として挙げられる。本研究ではゲージ場の指数関数的成長という極めて非線形な発展を追うために、アクシオンとゲージ場の相互作用を組み込んだ格子シミュレーションを独自開発し、最終的にアクシオンやゲージ場（ダークフォトン）の暗黒物質としての残存量などを計算した。特に本研究はダークフォトンで現在の暗黒物質の存在量を説明する新しい初期宇宙シナリオを提案したものであり、将来のダークフォトン検出実験に対し、理論から新たな指針を与えることに成功した。また、原始ブラックホールが暗黒物質として寄与するシナリオにも着目し、原始ブラックホール形成に伴って新たに生じる密度ゆらぎに関する詳細な解析も研究実績の一つである。特に先行研究ではゆらぎはポアソン分布に従うものと考えられてきたが、本研究では対数正規分布に従うゆらぎが生じ得ることを指摘した。研究手法は格子シミュレーションを用いた数値解析で、形成された原始ブラックホールの数を計測する新たな手法を確立させた。また、この新しいタイプのゆらぎが後の宇宙の小規模構造形成に影響し、将来の21cm線観測によってそのシグナルが検出される可能性も議論した。

の pp.47-53 30 year に お け る private research と し て, the early universe に お け る ア ク シ オ ン の resonance phenomenon か ら gravitational wave が generated さ れ る possibility を blame し, the numerical シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 駆 make し て generated さ れ る gravitational wave intensity を に of quantitative evaluation of 価 し た. Special に ア ク シ オ ン の their interaction に よ る パ ラ メ タ ー resonance と そ れ に with う gravitational wave generated を parsing す る た め の 3 dimensional lattice シ ミ ュ レ ー シ ョ ン コ ー ド の open 発 に し success, new し い results を out せ た こ と が results と し て 挙 げ ら れ る. ま た, future の wavelength gravitational wave 観 を see according to え, ア ク シ オ ン が universe to say す る gravitational wave フ ォ レ ス ト と い う concept を new た に mention sing し た こ と も results の a つ で あ る. ま た, ア ク シ オ ン と ゲ ー が ジ field interaction す る モ デ ル に つ い て, the early universe の ゲ ー ジ field の resonance phenomenon of the generation of the detailed analytical し に を た research も be performance と し て 挙 げ ら れ る. This study で は ゲ ー ジ field の the growth of the index number of masato と い う extremely め て nonlinear な 発 exhibition を chase う た め に, ア ク シ オ ン と ゲ ー ジ field の group interaction を み 込 ん だ grid シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を open 発 し, eventually に ア ク シ オ ン や ゲ ー ジ field (ダ ー ク フ ォ ト ン) の dark black substance と し て の residual stock な ど を computing し た. Special に this study は ダ ー ク フ ォ ト ン で now の の を shows the presence of dark black material す る new し い early universe シ ナ リ オ を proposal し た も の で あ り, future の ダ ー ク フ ォ ト ン 検 out be 験 に し seaborne, theoretical か ら new た な pointer を and え る こ と に successful し た. ま た, original ブ ラ ッ ク ホ ー ル が dark black substance と し て send す る シ ナ リ オ に も mesh し, original ブ ラ ッ ク ホ ー ル form に with っ て new た に raw じ る density ゆ ら ぎ に masato す る detailed analytical grade の も study be a つ な で あ る. Special に leading research で は ゆ ら ぎ は ポ ア ソ ン distribution に 従 う も の と exam え ら れ て き た が, this study で は polices for normal distribution に 従 う ゆ ら ぎ が raw じ must る こ と を blame し た. Research technique は grid シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を with い た the numerical analytical で, forming さ れ た original ブ ラ ッ ク ホ ー ル の number を measuring す る new た な gimmick を establish さ せ た. ま た, こ の new し い タ イ プ の ゆ ら ぎ が の の small universe structure formed after に し, future の 21 cm line 観 examine に よ っ て そ の シ グ ナ ル が 検 out さ れ も る possibility of し た.

项目成果

Axion dark matter and Axion Electrodynamics in the (early) Universe and the Laboratory

（早期）宇宙和实验室中的轴子暗物质和轴子电动力学

• 发表时间: 2018
• 作者: Nan Fang;Kosuke Nagashio;北嶋直弥
• 通讯作者: 北嶋直弥

中性子星の電波観測によるアクシオン暗黒物質探索

利用中子星射电观测寻找轴子暗物质

• 发表时间: 2018
• 作者: Nan Fang;Kosuke Nagashio;北嶋直弥;北嶋直弥
• 通讯作者: 北嶋直弥

Gravitational wave emission and oscillon formation in string axiverse

弦轴宇宙中的引力波发射和振荡形成

• 发表时间: 2018
• 作者: Nan Fang;Kosuke Nagashio;北嶋直弥;北嶋直弥;北嶋直弥;北嶋直弥;北嶋直弥
• 通讯作者: 北嶋直弥

Cosmology of the QCD axion coupled to hidden photons

QCD 轴子与隐藏光子耦合的宇宙学

• 发表时间: 2018
• 作者: Nan Fang;Kosuke Nagashio;北嶋直弥
• 通讯作者: 北嶋直弥

Electromagnetic effects induced by a time-dependent axion field

• DOI: 10.1103/physrevb.97.214409
• 发表时间: 2018-06
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: K. Taguchi;Tatsushi Imaeda;T. Hajiri;T. Shiraishi;Yukio Tanaka;N. Kitajima;T. Naka