2025/04/01 更新

写真a

ヨコヤマ シュウイチロウ
横山 修一郎
YOKOYAMA Shuichiro
所属
素粒子宇宙起源研究所 暗黒物質国際研究センター 助教
大学院担当
大学院理学研究科
職名
助教

学位 1

  1. 理学(博士) ( 2008年3月   京都大学 ) 

研究キーワード 2

  1. 宇宙論、インフレーション

  2. 宇宙大規模構造形成

研究分野 1

  1. 自然科学一般 / 素粒子、原子核、宇宙線、宇宙物理にする理論

経歴 4

  1. 名古屋大学   助教

    2018年8月 - 現在

  2. 立教大学   助教

    2014年9月 - 2018年7月

  3. 東京大学   研究員

    2012年4月 - 2014年8月

  4. 名古屋大学   研究員

    2008年4月 - 2012年3月

 

論文 139

  1. Gravitational waves from graviton bremsstrahlung with kination phase

    Inui R., Mikura Y., Yokoyama S.

    Physical Review D   111 巻 ( 4 )   2025年2月

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    出版者・発行元:Physical Review D  

    Gravitational waves (GWs) from gravitational three-body decay (graviton bremsstrahlung process) can leave an indelible signal at ultrahigh frequencies. We focus on a scenario where superheavy particles are produced gravitationally at a transition between the inflationary and kination phases and analyze the detectability of the signal in the presence of GWs generated from the vacuum fluctuations during inflation. We find that, in many cases, GWs from the graviton bremsstrahlung are buried in the stochastic gravitational wave background originating from inflation. However, if the superheavy particles are as heavy as the Planck scale, the graviton bremsstrahlung can produce a sizable amount of GWs, surpassing the inflationary ones.

    DOI: 10.1103/PhysRevD.111.043511

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  2. Constant roll and non-Gaussian tail in light of logarithmic duality Open Access

    Inui R., Motohashi H., Pi S., Tada Y., Yokoyama S.

    Journal of Cosmology and Astroparticle Physics   2025 巻 ( 2 )   2025年2月

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    出版者・発行元:Journal of Cosmology and Astroparticle Physics  

    The curvature perturbation in a model of constant-roll (CR) inflation is interpreted in view of the logarithmic duality discovered in ref. [1] according to the δN formalism. We confirm that the critical value β:=φ̈/(Hφ̇)= -3/2 determining whether the CR condition is stable or not is understood as the point at which the dual solutions, i.e., the attractor and non-attractor solutions of the field equation, are interchanged. For the attractor-solution domination, the curvature perturbation in the CR model is given by a simple logarithmic mapping of a Gaussian random field, which can realise both the exponential tail (i.e., the single exponential decay) and the Gumbel-distribution-like tail (i.e., the double exponential decay) of the probability density function, depending on the value of β. Such a tail behaviour is important for, e.g., the estimation of the primordial black hole (PBH) abundance.

    DOI: 10.1088/1475-7516/2025/02/042

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  3. Prospects of detection of subsolar mass primordial black hole and white dwarf binary mergers

    Yamamoto, TS; Inui, R; Tada, Y; Yokoyama, S

    PHYSICAL REVIEW D   109 巻 ( 10 )   2024年5月

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    出版者・発行元:Physical Review D  

    The subsolar mass primordial black hole (PBH) attracts attention as robust evidence of its primordial origin against the astrophysical black hole. Not only with themselves, PBHs can also form binaries with ordinary astrophysical objects, catching them by gravitational wave (GW) bremsstrahlung. We discuss the detectability of the inspiral GWs from binaries consisting of a PBH and a white dwarf (WD) by using space-borne gravitational wave interferometers like DECIGO. The conservative assessment shows the expected event number in three years by DECIGO is O(10-6) for MPBH∼0.1M⊙. Possible enhancement mechanisms of WD-PBH binary formation may amplify this event rate. We discuss how large enhancement associated with WDs is required to detect WD-PBH merger events without violating the existing constraints on the PBH-PBH merger by the ground-based detector.

    DOI: 10.1103/PhysRevD.109.103514

    Web of Science

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  4. Constraints on non-Gaussian primordial curvature perturbation from the LIGO-Virgo-KAGRA third observing run

    Inui, R; Jaraba, S; Kuroyanagi, S; Yokoyama, S

    JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS   2024 巻 ( 5 )   2024年5月

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    出版者・発行元:Journal of Cosmology and Astroparticle Physics  

    The scalar-induced gravitational wave (SIGWs), arising from large amplitude primordial density fluctuations, provide a unique observational test for directly probing the epoch of inflation. In this work, we provide constraints on the SIGW background by taking into account the non-Gaussianity in the primordial density fluctuations, using the first three observing runs (O1-O3) data of the LIGO-Virgo-KAGRA collaboration. We find that the non-Gaussianity gives a non-negligible effect on the GW energy density spectrum and starts to affect the analysis of the O1-O3 data when the non-Gaussianity parameter is F NL > 3.55. Furthermore, the constraints exhibit asymptotic behavior given by F NL Ag = const. at large F NL limit, where Ag denotes the amplitude of the curvature perturbations. In the limit of large F NL, we placed a 95% credible level upper limit F NL Ag ≤ 0.115, 0.106, 0.112 at fixed scales of 1016, 1016.5, 1017 Mpc-1, respectively.

    DOI: 10.1088/1475-7516/2024/05/082

    Web of Science

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  5. General relativistic approach to the vis-viva equation on Schwarzschild metric

    Peng, Q; Yokoyama, S; Ichiki, K

    GENERAL RELATIVITY AND GRAVITATION   56 巻 ( 4 )   2024年4月

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    出版者・発行元:General Relativity and Gravitation  

    Abstract: A modification to the vis-viva equation that accounts for general relativistic effects is introduced to enhance the accuracy of predictions of orbital motion and precession. The updated equation reduces to the traditional vis-viva equation under Newtonian conditions and is a more accurate tool for astrodynamics than the traditional equation. Preliminary simulation results demonstrate the application potential of the modified vis-viva equation for more complex n-body systems. Spherical symmetry is assumed in this approach; however, this limitation could be removed in future research. This study is a pivotal step toward bridging classical and relativistic mechanics and thus makes an important contribution to the field of celestial dynamics. Graphical abstract: (Figure presented.).

    DOI: 10.1007/s10714-024-03235-7

    Web of Science

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MISC 3

  1. LIGOで検出された重力波は原始ブラックホールから?

    須山 輝明, 田中 貴浩, 横山 修一郎  

    日本物理学会誌 = Butsuri72 巻 ( 10 ) 頁: 723 - 727   2017年10月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本物理学会  

    CiNii Books

  2. Japanese Cosmic Dawn/Epoch of Reionization Science with the Square Kilometre Array

    Kenji Hasegawa, Shinsuke Asaba, Kiyotomo Ichiki, Akio K. Inoue, Susumu Inoue, Tomoaki Ishiyama, Hayato Shimabukuro, Keitaro Takahashi, Hiroyuki Tashiro, Hidenobu Yajima, Shu-ichiro Yokoyama, Kohji Yoshikawa, Shintaro Yoshiura, on behalf of Japan, SKA consortium, EoR Science Working Group  

        2016年3月

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    Cosmic reionization is known to be a major phase transition of the gas in the<br />
    Universe. Since astronomical objects formed in the early Universe, such as the<br />
    first stars, galaxies and black holes, are expected to have caused cosmic<br />
    reionization, the formation history and properties of such objects are closely<br />
    related to the reionization process. In spite of the importance of exploring<br />
    reionization, our understandings regarding reionization is not sufficient yet.<br />
    Square Kilometre Array (SKA) is a next-generation large telescope that will be<br />
    operated in the next decade. Although several programs of next-generation<br />
    telescopes are currently scheduled, the SKA will be the unique telescope with a<br />
    potential to directly observe neutral hydrogen up to z~30, and provide us with<br />
    valuable information on the Cosmic Dawn (CD) and the Epoch of Reionization<br />
    (EoR). The early science with the SKA will start in a few years; it is thus the<br />
    time for us to elaborate a strategy for CD/EoR Science with the SKA. The<br />
    purpose of this document is to introduce Japanese scientific interests in the<br />
    SKA project and to report results of our investigation.

    arXiv

  3. 高赤方偏移21cm電波吸収観測による小スケール密度揺らぎの探査

    島袋隼士, 市來淨與, 井上進, 井上進, 横山修一郎  

    日本天文学会年会講演予稿集2013 巻   2013年

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講演・口頭発表等 10

  1. Logarithmic non-Gaussianity 招待有り

    Shuichiro Yokoyama

    2024 Korea-Japan Joint Workshop on Cosmology, Gravitation and Particle Physics   2024年8月7日  KIAS, Korea

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    開催年月日: 2024年8月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    開催地:Jeju, Korea   国名:大韓民国  

  2. Standard inflationary cosmology 招待有り 国際会議

    Shuichiro Yokoyama

    Third "Extreme Universe" School  2023年2月16日 

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    開催年月日: 2023年2月

    記述言語:英語   会議種別:公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等  

    国名:日本国  

  3. GWB anisotropies 招待有り 国際共著 国際会議

    Yokoyama Shuchiro

    2023 Winter-II NRF-JSPS Workshop in particle physics, cosmology, and gravitation  2023年2月7日  Jinn-Ouk Gong (Ewha, chair), Tomo Takahashi (Saga, chair)

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    開催年月日: 2023年2月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    開催地:Seoul, Korea   国名:大韓民国  

  4. What do the CMB observations tell us about inflation? 招待有り 国際会議

    Yokoyama Shuichiro

    10th JSPS Core-to-Core program CMB Japan group seminar for young scientists  2022年12月27日  JSPS Core-to-Core program CMB Japan group

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    開催年月日: 2022年12月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(基調)  

    開催地:online  

  5. Multi-chaotic inflation with the curvaton and its application to the sneutrinos scenario

    2022年9月6日 

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    開催年月日: 2022年9月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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科研費 9

  1. 精密理論と多様な天文観測で拓く原始ブラックホール宇宙

    研究課題/研究課題番号:24K00627  2024年4月 - 2028年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    横山 修一郎

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:18590000円 ( 直接経費:14300000円 、 間接経費:4290000円 )

    宇宙論における諸問題の解決の新たな道具として、原始ブラックホールに着目し、形成過程の精査と多様な天文観測の両輪による徹底探査を行う。原始ブラックホールは、インフレーション期とビッグバン宇宙、そして暗黒物質解明の鍵を握っていると期待されている。本研究では、従来の可視光などを用いた重力レンズ効果による探査に加え、新たにガンマ線や低周波電波観測と重力波観測などによる多様な観測手段による徹底探査を行う。形成過程に関しては、より具体的な、初期条件としてのインフレーション模型、環境としてのビッグバン初期宇宙模型に基づき精査を行う。

  2. 超大規模撮像銀河サーベイ群を用いた標準宇宙論の徹底検証

    研究課題/研究課題番号:23H00108  2023年4月 - 2028年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    宮武 広直, 西澤 淳, 横山 修一郎

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    担当区分:研究分担者 

    観測技術の飛躍的な向上によりΛCDM標準模型が確立された。本模型によると宇宙のエネルギー密度の95%が未知の暗黒成分で構成されている。宇宙の暗黒成分は現代物理学の根幹である素粒子標準模型や一般相対性理論で説明できないものであるため、その正体の解明は現代物理学におけるパラダイムシフトを引き起こす可能性がある。本研究では、すばる望遠鏡、2020年代に新たに始まるLSST、Euclid宇宙望遠鏡、Roman宇宙望遠鏡による超大規模撮像銀河サーベイを用いて宇宙構造の進化を精密測定することでΛCDM標準模型を徹底検証するとともにΛCDM標準模型を超えた物理の探索を行う。

  3. 精密宇宙論時代における初期揺らぎの統計的性質の徹底解明と超高エネルギー物理の検証

    研究課題/研究課題番号:20K03968  2020年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    横山 修一郎

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4290000円 ( 直接経費:3300000円 、 間接経費:990000円 )

    宇宙論的初期ゆらぎの統計的性質(非ガウス性、 統計的非等方性)に着目し、(A) 様々な初期宇宙モデルにおける宇宙論的揺らぎの生成、進 化の精査、(B)現在進行中、そして将来の宇宙論的観測を用いた検証についての考察を行う。 最終的には、より精密なボトムアップ的初期宇宙モデル構築を目指し、究極理論に迫る。
    2022年度は、1)Planck/BICEP2による宇宙マイクロ波背景輻射の観測に基づくインフレーション模型への示唆に関する研究と、2)原始ブラックホールに関する研究を行った。1)では、まずBICEP2により報告のあった原始重力波の振幅に対する上限のアップデートに基づき、観測と整合性のある現象論的模型に関する議論を行い、質量項のみを持つスカラー場が初期宇宙に3つ存在し、その質量に特徴的な階層構造を持っていれば観測と無矛盾な模型を構築できることを明らかにした。さらに、得られた現象論的模型を素粒子論で頻繁に議論されている超対称性理論に基づくsneutrinoシナリオに適応し、初期ゆらぎの生成のみならず、バリオン生成機構も含めて整合性のある初期宇宙モデルを考察した。結果、宇宙マイクロ波背景輻射観測によって得られた初期ゆらぎ生成機構とバリオン生成機構を同時に無矛盾に説明するには、原始重力波の振幅に下限が与えられ、将来のLiteBIRD衛星で検証可能であることを明らかにした。さらに、近年報告された宇宙複屈折の結果から示唆されているパリティ対称性の破れに関して、近傍宇宙ではなくインフレーション中のパリティ対称性の破れに着目し、原始宇宙におけるパリティ対称性の破れにより観測結果を説明できるか、についての考察を行った。結果として、原始宇宙におけるパリティ対称性の破れでは説明が難しく、近傍宇宙でパリティ対称性を破る機構が必要であることを明らかにした。
    2)の原始ブラックホールに関しては、初期ゆらぎの非ガウス性を考慮し、原始ブラックホールの生成量を精査、さらに副次的に生成される2次的誘導重力波のスペクトルを詳細に評価した。また、原始ブラックホールの持つスピンを第一原理的に評価し、近年の重力波観測から得られたブラックホール連星の持ちうるスピン分布との比較を行った。
    研究課題の進捗状況としては、概要欄でも述べたように、着実に成果を上げることができたが、その研究成果の発表という点ではまだ十分とは言えない状況である。2022年度においてもcovid19の影響により、海外渡航に制限があり、海外での国際会議での研究発表を満足に行えなかった。そのため、旅費として計上していた研究費を2023年度に繰越すこととした。研究期間の延長に伴い、2023年度は研究成果の発表のみならず、さらに研究業績を業績を積んでいきたいと考える。
    上記でも述べたとおり、2023年度まで研究期間を延長した。これまで満足に行えなかった海外での国際会議における研究成果報告を行っていきたい。またこれまでオンライン会議で進めてきた、スペインに在籍している黒柳氏が所属するグループとの原始ブラックホールに関する国際共同研究も、直接現地に赴き、効率的に進めていく。

  4. すばる望遠鏡HSCの最終データを用いた宇宙の加速膨張の起源の解明

    研究課題/研究課題番号:20H01932  2020年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    宮武 広直, 西澤 淳, 横山 修一郎

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    担当区分:研究分担者 

    宇宙の加速膨張は現代物理学における最大の謎の一つである。加速膨張は未知の暗黒エネルギーによって引き起こされているとする一方で、アインシュタインの一般相対性理論の修正が必要だとする指摘もある。本研究では、すばる望遠鏡Hyper Suprime-Cam(HSC)による広視野深宇宙撮像銀河サーベイの最終年度のデータを用いて弱重力レンズ効果を測定することで、世界最高精度で宇宙の加速膨張の性質を測定し、暗黒エネルギーの性質及び修正重力理論の兆候に制限を課すことを目指す。そのために、機械学習を用いて観測的系統誤差を低減し、修正重力理論を考慮に入れた弱重力レンズ観測量のモデルを構築する。
    今年度はすばる望遠鏡HSCによる銀河サーベイ初年度のデータ(全体のデータの約10分の1)を用いた宇宙論解析、特にSDSS/BOSSの分光銀河サンプルとHSCのデータを組み合わせた銀河クラスタリング信号と銀河弱重力レンズ信号を用いた解析を行い、論文として発表した。本解析は、機械学習を用いた構築された宇宙論エミュレータと呼ばれる小スケール領域の信号を高速に計算するツールを用い、かつ銀河形成の物理の不定性は周辺化した初めての解析である。その結果、宇宙構造の凸凹の程度を表すパラメータS8が宇宙マイクロ波背景放射の測定から予言されるS8に比べて小さいことがわかった。この傾向は他の独立な銀河サーベイ(米国のDES、欧州のKiDS)と同じであり、標準宇宙論の破れが起こっている可能性が示唆されている。この成果は世界中で注目され、その結果5件の国際学会における招待講演、4件の国内学会における招待講演を行った。並行して、昨年度に作成したHSCによる銀河サーベイ3年目までのデータ(全体のデータの約半分)の銀河形状カタログを用いた解析を行った。この解析では銀河クラスタリング信号と銀河弱重力レンズ信号に宇宙論的弱重力レンズ信号を加え、HSCで観測された赤方偏移の系統誤差を保守的に扱うことによって、よりロバストなS8の測定を行った。この成果は2023年度初めに公開される予定である。
    また、ブレンド画像の同定に関しては、ハッブル宇宙望遠鏡で観測された画像を用いてHSCでブレンドされた画像を作成し、それらを教師データとして学習させることで、従来の手法に比べて、圧倒的にブレンド画像の同定を改善する手法を開発した。本成果は2023年度に論文として発表する予定である。
    令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
    令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  5. 原始ブラックホール形成過程の精査とその観測的検証

    研究課題/研究課題番号:18H04356  2018年4月 - 2020年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  新学術領域研究(研究領域提案型)

    横山 修一郎

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:2600000円 ( 直接経費:2000000円 、 間接経費:600000円 )

    本研究は「原始ブラックホール」に焦点を当て、ボトムアップ的アプローチでインフレーション理論に迫ることを目的とする。平成31年(令和元年)度は、昨年度の研究実績報告書にも記載したが、査読段階であった「重力レンズ効果を用いた系外惑星探査データの原始ブラックホール量制限への応用」に関する論文をPhysical Review D誌で発表、またそれと関連するインフレーション模型に関する研究についてもPhysical Review D誌で発表した。
    さらに交付申請書の「平成31年度計画」に記載した「原始ブラックホールの空間分布」に関する研究を進め、原始ブラックホールの種となる初期密度揺らぎがガウス分布からずれることで原始ブラックホールがクラスタリングする可能性を示した論文を2編発表した。非ガウス性の影響は空間分布だけでなく、生成量にも影響を与えるが、その影響を精査した論文も1編発表した。また、原始ブラックホールの種となる初期密度揺らぎのパワースペクトルが広がりを持っている場合に有用な評価法を提唱、論文としてまとめた。以上形成過程のみならず、観測的検証の派生的研究として、原始ブラックホール存在量の観測的制限を用いて、原始磁場の存在に制限を与えた。論文としてまとめ、2020年4月現在査読中である。
    以上の研究成果は、論文としてのみならず、国内外の研究会でも発表、そのうち2件は招待講演である。
    令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
    令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

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