宇宙再電離期の将来観測に向けた解析手法の確立

• Project/Area Number: 16J01585
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 吉浦 伸太郎 熊本大学, 自然科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 宇宙再電離 / 21cm線 / 電波観測 / 電波干渉計 / 相互相関 / 電波天文学 / 活動銀河核

Outline of Annual Research Achievements

宇宙再電離期の詳細な進化過程を探る上で、中性水素由来の21cm線は非常に有効な観測量である。再電離期からの21cm線が未検出であり、検出を妨げている銀河系や系外銀河由来の前景放射、観測装置の系統誤差を低減する手法を確立することが望まれている。そこで、前景放射を低減する解析方法として、21cm-CMB相互相関に着目した。その際、21cm線観測を目的とした電波望遠鏡であるMWAの観測データとPlanckのCMB温度分布を用いた。この研究で、21cm-CMB相互相関の観測のためには、観測誤差に寄与する銀河系の前景放射を差し引く必要があることがわかった。また、観測装置や電離層などの系統誤差の影響を調査し、現状の誤差に比べて電離層由来の系統誤差は無視できること、銀河系中心の寄与が非常に大きいことがわかった。
2018年初頭に、EDGES望遠鏡を用いて、再電離期より遠方の宇宙からの21cm線由来と思われる吸収線が報告された。これは、初代星の形成や進化を示唆する重要な発見であったが、検出された吸収線は標準的なモデルに比べて2-3倍強く、説明するためには特別な機構を仮定する必要がある。そこで、その吸収線の検証を目的として、MWAの低周波観測データの解析に着手した。特に、フーリエ空間での3点相関であるバイスペクトル解析を行った。この研究で、低周波の前景放射の非ガウス性が弱いこと、特定のフーリエ空間上に前景放射の影響の弱い領域があることがわかった。さらに、MWAの観測データを用いれば、今後より深い観測で理論モデルの検証が可能であることがわかった。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] The University of Melbourne/Curtin University(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] メルボルン大学/カーティン大学(オーストラリア)
• [Int'l Joint Research] メルボルン大学(オーストラリア)
• [Journal Article] Detectability of the 21-cm signal during the epoch of reionization with 21-cm Lyman α emitter cross-correlation I (2018)
  • Author(s): Kubota Kenji、Yoshiura Shintaro、Takahashi Keitaro、Hasegawa Kenji、Yajima Hidenobu、Ouchi Masami、Pindor B、Webster R L
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 479 Issue: 2 Pages: 2754-2766
  • DOI: 10.1093/mnras/sty1471
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Impact of EDGES 21-cm global signal on the primordial power spectrum (2018)
  • Author(s): Yoshiura, Shintaro and Takahashi, Keitaro and Takahashi, Tomo
  • Journal Title: Physical Reivew D Volume: 98 Issue: 6 Pages: 63529-63529
  • DOI: 10.1103/physrevd.98.063529
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Study of systematics effects on the cross power spectrum of 21?cm line and cosmic microwave background using Murchison Widefield Array data (2018)
  • Author(s): Yoshiura S、Ichiki K、Pindor B、Takahashi K、Tashiro H、Trott C M
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 483 Issue: 2 Pages: 2697-2711
  • DOI: 10.1093/mnras/sty3248
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The variance of dispersion measure of high-redshift transient objects as a probe of ionized bubble size during reionization (2018)
  • Author(s): Yoshiura Shintaro、Takahashi Keitaro
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 473 Issue: 2 Pages: 1570-1575
  • DOI: 10.1093/mnras/stx2462
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Detectability of 21cm-signal during the Epoch of Reionization with 21cm-Lyman-{\alpha} emitter cross-correlation. II. Foreground contamination (2018)
  • Author(s): Yoshiura, S.; Line, J. L. B.; Kubota, K.; Hasegawa, K.; Takahashi, K.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Constraining the contribution of galaxies and active galactic nuclei to cosmic reionization (2017)
  • Author(s): Yoshiura Shintaro、Hasegawa Kenji、Ichiki Kiyotomo、Tashiro Hiroyuki、Shimabukuro Hayato、Takahashi Keitaro
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 471 Issue: 3 Pages: 3713-3726
  • DOI: 10.1093/mnras/stx1754
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Constraining the epoch-of-reionization model parameters with the 21-cm bispectrum (2017)
  • Author(s): Hayato Shimabukuro, Shintaro Yoshiura, Keitaro Takahashi, Shuichiro Yokoyama, Kiyotomo Ichiki
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 468 Issue: 2 Pages: 1542-1550
  • DOI: 10.1093/mnras/stx530
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] MWA超低周波電波のデータ解析 (2019)
  • Author(s): 吉浦伸太郎
  • Organizer: 銀河進化と遠方宇宙
• [Presentation] MWA観測データを用いた21cm-CMB相互相関解析 (2018)
  • Author(s): 吉浦伸太郎
  • Organizer: 宇宙電波懇談会シンポジウム2018
• [Presentation] 電波干渉計による21cm線観測の困難 (2018)
  • Author(s): 吉浦伸太郎
  • Organizer: 初代星・初代銀河研究会2018
  • Invited
• [Presentation] Systematic Effects on 21cm-CMB Cross Correlation (2018)
  • Author(s): Shintaro Yoshiura
  • Organizer: Science at Low Frequencies V Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Bispectrum analysis at cosmic dawn and deionization using MWA data (2018)
  • Author(s): Shintaro Yoshiura
  • Organizer: MWA Project Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Foreground mitigation strategy for measuring the 21cm-LAE cross-correlation (2017)
  • Author(s): Yoshiura, S.; Line, J. L. B.; Kubota, K.; Hasegawa, K.; Takahashi, K.
  • Organizer: Peering towards Cosmic Dawn IAU Symposium 333
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Upper limits on the 21cm-CMB cross power spectrum using the MWA data & Japanese science update (2017)
  • Author(s): Shitnaro Yoshiura
  • Organizer: MWA Project Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Upper limits on the 21cm-CMB cross power spectrum using MWA data (2017)
  • Author(s): Shintaro Yoshiura
  • Organizer: Science at Low Frequencies IV
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 21cm cross correlation and driftscan survey with the MWA (2017)
  • Author(s): 吉浦伸太郎
  • Organizer: CHORUS+Galaxy+ IGM Workshop 2017
• [Presentation] 宇宙再電離期 21cm 線と LAE 相互相関に対する前景放射の影響 (2017)
  • Author(s): 吉浦伸太郎
  • Organizer: 天文学会
• [Presentation] 「The drift scan survey with MWA」 (2017)
  • Author(s): 吉浦伸太郎
  • Organizer: 銀河進化と遠方宇宙
  • Place of Presentation: 阿蘇アーデンホテル
• [Presentation] The contribution of Active Galactic Nuclei to Cosmic Reionization (2016)
  • Author(s): Shintaro Yoshiura
  • Organizer: The 11th International Student Conference on Advanced Science and Technology (ICAST) 2016 Kumamoto
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2016-12-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Constraining the contribution of faint active galactic nuclei to reionization (2016)
  • Author(s): Shintaro Yoshiura
  • Organizer: SKA 2016: Science for the SKA generation
  • Place of Presentation: インド、ゴア
  • Year and Date: 2016-11-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The Contribution of Active Galactic Nuclei to Cosmic Reionization (2016)
  • Author(s): Shintaro Yoshiura
  • Organizer: SKA 2016: Science for the SKA generation
  • Place of Presentation: インド、ゴア
  • Year and Date: 2016-11-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 宇宙再電離中の銀河と活動銀河核 (2016)
  • Author(s): 吉浦伸太郎
  • Organizer: 銀河進化研究会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2016-06-01