| Project Area | What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter |
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| Project/Area Number |
20H05861
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
安藤 真一郎 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 客員科学研究員 (80791970)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
樽家 篤史 京都大学, 基礎物理学研究所, 准教授 (40334239)
岡本 崇 北海道大学, 理学研究院, 教授 (50541893)
西道 啓博 京都産業大学, 理学部, 准教授 (60795417)
白崎 正人 統計数理研究所, 統計思考院, 助教 (70767821)
Dalal Neal 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 客員上級科学研究員 (90873513)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥66,430,000 (Direct Cost: ¥51,100,000、Indirect Cost: ¥15,330,000)
Fiscal Year 2024: ¥13,910,000 (Direct Cost: ¥10,700,000、Indirect Cost: ¥3,210,000)
Fiscal Year 2023: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
Fiscal Year 2020: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
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| Keywords | ダークマター / 構造形成 |
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| Outline of Research at the Start |
ダークマターの正体を突き止めるにあたって、銀河よりも小さいスケールにおける分布が鍵となる可能性が指摘されている。従来のアプローチでは主に冷たい暗黒物質の場合に焦点を当てて研究が進んできたが、今回これをそれ以外のダークマター候補へと拡張し、それぞれの場合においてどのような分布が得られるかを網羅的に研究する。理論的考察とシミュレーションの双方を駆使することで、精度の高いモデルの構築を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
矮小衛星銀河の密度プロファイルの見積もりを、構造形成のモデルと詳細なジーンズ解析を用いてより精密化した結果を得た(Horigome et al., 2023, Phys. Rev. D 108, 083530)。この結果により、WIMPダークマターの対消滅弾面積に対して最も正確な上限値が得ることができる。また密度プロファイルに加えて、速度空間におけるダークマター粒子やサブハローの分布も議論することで、構造形成の本質により深く迫る研究を行なった(Enomoto et al., ApJ 950, L13; MNRAS 527, 7523)。
宇宙背景ニュートリノがダークマター分布に及ぼす影響（またその逆も）を理論的に調べて二つの論文を出版した。これらは、この分野の主要な論文誌であるJCAPの20周年記念の特別号に招待記事として出版された(Akita, Ando, 2023, JCAP 2311, 037; Zimmer et al., 2023, JCAP 2311, 038)。
その他、すばるHyper Supreme-Camの観測において、構造形成の観点から理論的な貢献をし、複数の論文を出版するに至った(Phys. Rev. D, 108, 123518-123521)。さらに修正重力理論に関しても、レビュー記事を執筆、出版した(Arai, S., et al., 2023, PTEP 2023 072E01)。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
CDM, WDM, SIDM, FDMのすべてのダークマター候補について、研究提案書に記載していた通りの進展を見せている。WDM, SIDMについてはベースとなるサブハローのモデルを完成させており、シミュレーションと合わせてさらなる精密化を測る段階にきている。FDMに関しても準解析的モデルの開発や観測からの制限など複数のアプローチを試みている。CDMは計画開始段階ですでに開発済みであった準解析モデルを用いて、さまざまな角度からの制限を含めた理論研究を推し進めており、独創的な結果をいくつも得ている。
当初の計画以上に進展した側面としては、ダークマターに限らず関連するさまざまな物理に関しても構造形成を通じて重要な示唆を与え続けていることが挙げられる。例えば、サブハローの準解析的モデルを用いることでインフレーションからの予言を検証したり、修正重力理論を議論したりなどである。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度ではWDMの準解析的モデルを、シミューレションとの比較・校正を完成させる予定である。同時に、通常のN体シミュレーションでおこる小スケールでの統計ノイズの問題を払拭すべく導入した、Vlasov方程式の数値的アプローチを継続して研究していき、N対シミュレーションとの比較検討を行う。またSIDMに対する準解析的モデルを開発し、重力レンズなどの観測量を用いてSIDM粒子の性質を制限することを計画している。FDMへの制限も準解析的モデルを用いて衛星銀河の観測などからの制限を議論していく。
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