超大規模シミュレーションで探る銀河の形成・進化

• Project/Area Number: 09J10376
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: National Astronomical Observatory of Japan (2010); The University of Tokyo (2009)
• Principal Investigator: 石山 智明 国立天文台, 理論研究部, 特別研究員PD
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: 銀河 / 銀河形成 / ダークマター / サブハロー / ダークマター検出 / 大規模シミュレーション / 宇宙論 / ガンマ線 / 矮小銀河

Research Abstract

前年度から引き続き、宇宙で最小のダークマターマイクロハローの構造や、ダークマター対消滅による銀河系内ガンマ線シグナルへの寄与を調べた。今回は新たにマイクロハローの形成時刻の分布を、プレスシェヒター理論を用いて見積もることで、銀河系内のガンマ線光度をより正しく評価した。結果、太陽近傍のマイクロハローは、中心部の視角がFermiの分解能と同程度であるため、大きな固有運動を持った明るい点状のガンマ線源として観測される可能性があることがわかった。この結果を前年度の結果とあわせて、アストロフィジカルジャーナル誌にて発表した。
また日本やオランダの研究者を中心とした、"Cosmogrid Project"を推進した。まずはじめにグリッド化された宇宙論的N体シミュレーションコードを開発した。地理的に離れた複数の大型計算機を同時に使ってシミュレーションを実行できるようにすることで、ひとつの計算機ではできないほどの大規模計算を可能にした。次に開発したコードを一部用いて、粒子数80億、シミュレーション領域30Mpc立方の超大規模宇宙論的N体シミュレーションを実行し、矮小銀河スケールのダークマターハローの統計的性質を調べた。その結果ハローの中心集中度はハロー質量に弱く依存するが、小さいハローほど依存性が徐々に弱くなっていくことがわかった。これは銀河や銀河団サイズのハローで得られた中心集中度の質量依存性を使って、矮小銀河やそれより小さいハローの中心集中度を見積もると、ハローの中心密度を過剰に見積もってしまうことを意味する。グリッド計算の詳細についてをIEEEコンピューター誌に発表した。コードの詳細についての論文はコンピュテーショナルサイエンス&ディスカバリー誌にて受理された。科学的成果の論文についてはアストロフィジカルジャーナル誌にて査読中である。

Research Products

• [Journal Article] High-performance Gravitational N-body Simulations on a Planet-wide-distributed Supercomputer (2011)
  • Author(s): Groen, D., Portegies Zwart, S., Ishiyama, T., Makino, J.
  • Journal Title: Computational Science and Discovery Volume: 4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gamma-ray Signal from Earth-mass Dark Matter Microhalos (2010)
  • Author(s): Ishiyama, T., Makino, J., Ebisuzaki, T.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Letter Volume: 723 Pages: 195-200
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simulating the Universe on an Intercontinental Grid of Supercomputers (2010)
  • Author(s): Portegies Zwart, S., Ishiyama, T., Groen, D., Nitadori, K., Makino J., de Laat, C., McMillan, S., Hiraki, K., Harfst, S., Grasso, P.
  • Journal Title: IEEE Computer Volume: 43 Pages: 63-70
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Variation of the Subhalo Abundance in Dark Matter Halos (2009)
  • Author(s): Ishiyama, T., Fukushige, T., Makino, J.
  • Journal Title: Astrophysical Journal 696 Pages: 2115-2125
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GreeM : Massively Parallel TreePM Code for Large Cosmological N-body Simulations (2009)
  • Author(s): Ishiyama, T., Fukushige, T., Makino, J.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan 61 Pages: 1319-1330
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simulating the Universe on an Intercontinental Grid of Supercomputers
  • Author(s): Portegies Zwart, S., Ishiyama, T., Groen, D., Nitadori, K., Makino, J., de Laat, C., McMillan, S., Hiraki, K., Harfst, S., Grosso, P.
  • Journal Title: IEEE computer (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] グリッド環境を利用した、超大規模宇宙の構造形成シミュレーション (2011)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 次世代スーパーコンピューティング・シンポジウム2010
  • Place of Presentation: ニチイ学館 神戸
  • Year and Date: 2011-01-17
• [Presentation] Cosmogrid Project (2011)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 2010年度国立天文台天文シミュレーションプロジェクト・ユーザーズミーティング
  • Place of Presentation: 国立天文台
• [Presentation] 初代ダークマターマイクロハロー (2011)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 初代星・初代銀河研究会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
• [Presentation] The Cosmogrid Simulation :矮小銀河スケールダークマターハローの統計的性質 (2011)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 日本天文学会2011年春季年会
  • Place of Presentation: 筑波大学
• [Presentation] Variation of the Subhalo Abundance in Dark Matter Halos (2010)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: CLJ2010 : from Massive Galaxy Formation to Dark Energy
  • Place of Presentation: 東京大学数物連携宇宙研究機構、千葉
• [Presentation] 銀河、矮小銀河スケールダークマターハローの統計的性質 (2010)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 超広域サーベイで明かす巨大ブラックホールと銀河の共進化:理論モデルと観測戦略
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] Bias-free survey of subhalos in dark matter halos (2010)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: Evolution of galaxies, their central black holes and their large-scale environment
  • Place of Presentation: ポツダム大学、ドイツ
• [Presentation] 超大規模シミュレーションで探る、ダークマターハローの統計的性質 (2010)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 第23回理論懇シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学
• [Presentation] High Resolution Simulations of Small Scale Structures of Dark Matter Halos (2010)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: The Fourth East Asian Numerical Astrophysics Meeting (EANAM 2010)
  • Place of Presentation: ASIAA、台北、台湾
• [Presentation] 地球質量ダークマターマイクロハローからのガンマ線放射 (2010)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 2009年度国立天文台天文シミュレーションプロジェクト・ユーザーズミーティング
  • Place of Presentation: 国立天文台
• [Presentation] 地球質量ダークマターマイクロハローからのガンマ線放射 (2010)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 日本天文学会2010年春季年会
  • Place of Presentation: 広島大学
• [Presentation] Variation of the Subhalo Abundance in Dark Matter Halos (2009)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: Tidal Dwarf Galaxies : Ghosts from structure formation
  • Place of Presentation: Bad Honnef Germany
• [Presentation] 超高分解能シミュレーションで探る小スケールダークマターハローの構造 (2009)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 重力多体系とプラズマ系におけるシミュレーション研究会
  • Place of Presentation: 国立天文台
• [Presentation] 地球質量ダークマターマイクロハローからのガンマ線放射 (2009)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 第22回理論懇シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋大学