銀河系矮小銀河の動力学解析に基づくダークマターハロー構造の解明

• Project/Area Number: 14J03302
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Astronomy
• Research Institution: The University of Tokyo (2015); Tohoku University (2014)
• Principal Investigator: 林 航平 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,170,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2015: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 暗黒物質 / 矮小銀河 / ダークハロー

Outline of Annual Research Achievements

当該研究の大きな成果として、矮小銀河の恒星分布やダークハロー構造においてその非球対称構造を考慮した動力学モデルを構築し、矮小銀河ダークハロー構造に対する研究を包括的に行ってきた。この研究成果は査読付き論文として学術雑誌に掲載されている。一方矮小銀河は素粒子物理学分野、特に暗黒物質対消滅起源のガンマ線を用いた暗黒物質の間接的検出の観点から非常に注目されている。実際これまでに、矮小銀河ガンマ線観測を通じて対消滅断面積などの暗黒物質の重要な性質に対し様々な制限が得られている。このガンマ線強度の見積もりにはダークマター分布を視線方向に積分した値（J-factorと呼ぶ）に大きく依存する為そのダークハロー構造を正しく理解する必要がある。そこで私はこれまでの矮小銀河の動力学研究を応用し、矮小銀河の非球対称構造を考慮したJ-factorの推定を行い、球対称でのそれと比較を行った。その結果、ダークハローの非球対称性は、J-factorやその値から得られる対消滅断面積の上限値を計算するうえで必ず考慮すべき系統誤差であり、本研究はより現実的で信頼性のあるJ-factor値を得ることが出来た。
矮小銀河ダークハロー構造へのより強い制限には、広範囲で数多くのサンプル取得が必要である。すばる超広視野多天体分光器はそのようなサンプル取得が可能であり、それによって非球対称ダークハロー構造及びJ-factorのより精度の良い推定が可能となる。実際にどの程度サンプル数が増加することで精度の良い推定が可能になるのかを、模擬データを作成して模擬観測をすることでその評価を行っている。現在球対称及び軸対称質量分布モデルにおいては現在その詳細な評価を行っている最中である。初期結果として、少なくとも1000個以上の分光データを得ることが出来ればJ-factor推定の誤差を10%程度に抑えられる事が明らかになった。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A universality of dark-halo surface density for the Milky Way and Andromeda dwarf satellites as a probe of the coldness of dark matter (2016)
  • Author(s): Kohei Hayashi and Masashi Chiba
  • Journal Title: Proceedings of IAU Symposium No. 317 Volume: －
  • Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dark matter annihilation and decay from non-spherical dark halos in the galactic dwarf satellites (2016)
  • Author(s): Kohei Hayashi, Koji Ichikawa, Shigeki Matsumoto, Masahiro Ibe, Miho N. Ishigaki and Hajime Sugai
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: －
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural Properties of Non-spherical Dark Halos in Milky Way and Andromeda Dwarf Spheroidal Galaxies, (2015)
  • Author(s): K.~Hayashi, M.~Chiba,
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 810 Issue: 1 Pages: 22-22
  • DOI: 10.1088/0004-637x/810/1/22
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Common Surface-density Scale for the Milky Way and Andromeda Dwarf Satellites as a Constraint on Dark Matter Models (2015)
  • Author(s): Kohei Hayashi and Masashi Chiba
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Letters Volume: 803 Issue: 1 Pages: 11-15
  • DOI: 10.1088/2041-8205/803/1/l11
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The prolate dark matter halo of Andromeda galaxy (2014)
  • Author(s): Kohei Hayashi and Masashi Chiba
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 789 Issue: 1 Pages: 62-71
  • DOI: 10.1088/0004-637x/789/1/62
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Probing non-spherical dark halos in the Galactic dwarf satellites (2014)
  • Author(s): Kohei Hayashi and Masashi Chiba
  • Journal Title: Proceedings of the International Astrophysical Union Volume: 298 Issue: S298 Pages: 411-411
  • DOI: 10.1017/s1743921313006789
  • Open Access
• [Journal Article] The global dark halo structure of the Andromeda galaxy (2014)
  • Author(s): Kohei Hayashi and Masashi Chiba
  • Journal Title: Proceedings of the International Astrophysical Union Volume: 298 Issue: S298 Pages: 412-412
  • DOI: 10.1017/s1743921313006790
  • Open Access
• [Presentation] 非球対称質量分布モデルを用いた矮小銀河ダークハローのJファクター推定 (2016)
  • Author(s): 林航平
  • Organizer: 第１５回高宇連研究会
  • Place of Presentation: 東京理科大学神楽坂キャンパス（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2016-03-23
• [Presentation] 非球対称構造を考慮した矮小銀河暗黒物質ハローのJファクター推定 (2016)
  • Author(s): 林航平
  • Organizer: 日本物理学会春季大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学泉キャンパス（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Dark Matter in the Galactic Dwarf Satellites (2016)
  • Author(s): 林航平
  • Organizer: 高エネルギーガンマ線でみる極限宇宙2015
  • Place of Presentation: 東京大学柏キャンパス図書館メディアホール（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2016-01-13
  • Invited
• [Presentation] Field tiling and fiber allocation for Milky Way dwarf spheroidals (2015)
  • Author(s): Kohei Hayashi
  • Organizer: The PFS 7th General Collaboration Meeting
  • Place of Presentation: Marseille, France
  • Year and Date: 2015-12-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 観測的近傍宇宙論 (2015)
  • Author(s): 林航平
  • Organizer: 第4回観測的宇宙論ワークショップ
  • Place of Presentation: 京都大学基礎物理学研究所（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-11-18
  • Invited
• [Presentation] Dark matter in dwarf spheroidal galaxies (2015)
  • Author(s): Kohei Hayashi
  • Organizer: Workshop on Astrophysics of Dark Matter
  • Place of Presentation: 東京大学カブリ数物連携宇宙研究機構（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2015-10-13
• [Presentation] ダークハロー面密度の普遍性とダークマター理論への制限 (2015)
  • Author(s): 林航平
  • Organizer: 日本天文学会2015年秋季年会
  • Place of Presentation: 甲南大学（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] A universality of dark-halo surface density for the Milky Way and Andromeda dwarf satellites as a probe of the coldness of dark matter (2015)
  • Author(s): Kohei Hayashi
  • Organizer: IAU Symposium No. 317 “The general assembly of galaxy halos: structure, origin and evolution”
  • Place of Presentation: Hawaii, US
  • Year and Date: 2015-08-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] すばるPFSを用いた矮小銀河ダークハロー構造への制限 (2015)
  • Author(s): 林航平
  • Organizer: すばるPFSによるサイエンス検討会
  • Place of Presentation: 国立天文台三鷹キャンパス（東京都三鷹市）
  • Year and Date: 2015-07-09
• [Presentation] ダークハローの平均面密度を用いたダークマター理論の新たな制限手法の提案 (2015)
  • Author(s): 林航平
  • Organizer: 第二回銀河進化研究会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-06-03
• [Presentation] 銀河系及びアンドロメダ銀河に付随する矮小銀河のダークハロー構造 (2015)
  • Author(s): 林航平、千葉柾司
  • Organizer: 日本天文学会2015年春季年会
  • Place of Presentation: 大阪大学 (大阪府豊中市)
  • Year and Date: 2015-03-18 – 2015-03-21
• [Presentation] Useful limits of non-spherical dark halo structures in dwarf satellites by Subaru/HSC and PFS (2015)
  • Author(s): 林航平
  • Organizer: すばるユーザーズミーティング
  • Place of Presentation: 国立天文台三鷹キャンパス (東京都三鷹市)
  • Year and Date: 2015-01-13 – 2015-01-15
• [Presentation] 銀河系及びアンドロメダ矮小銀河の新たな化学動力学関係 (2014)
  • Author(s): 林航平、千葉柾司
  • Organizer: 日本天文学会2014年秋季年会
  • Place of Presentation: 山形大学 (山形県山形市)
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] New chemo-dynamical properties of dwarf spheroidal galaxies in the Milky Way and Andromeda (2014)
  • Author(s): Kohei Hayashi and Masashi Chiba
  • Organizer: 11th Potsdam Thinkshop: Satellite galaxies and dwarfs in the Local Group
  • Place of Presentation: Potsdam, Germany
  • Year and Date: 2014-08-25 – 2014-08-29
• [Presentation] The nature of dark matter halos in the Milky Way and Andromeda dwarf spheroidal galaxies (2014)
  • Author(s): Kohei Hayashi and Masashi Chiba
  • Organizer: IAU Symposium 311 "Galaxy Masses as Constraints of Formation models"
  • Place of Presentation: Oxford University, Oxford, UK
  • Year and Date: 2014-07-21 – 2014-07-25
• [Presentation] 銀河系及びアンドロメダ銀河に付随する矮小銀河の新たな化学動力学関係 (2014)
  • Author(s): 林航平
  • Organizer: 第一回銀河進化研究会
  • Place of Presentation: 国立天文台三鷹キャンパス (東京都三鷹市)
  • Year and Date: 2014-06-04
• [Book] 天文月報 (2015)
  • Author(s): 林航平
  • Total Pages: 9
  • Publisher: 日本天文学会