Probing neutrino masses and dark energy with wide-area galaxy redshift surveys

• Project/Area Number: 19J00513
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 羽田 龍一郎 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): 2019-04-25 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 宇宙論 / 大規模構造 / バリオン音響振動 / クエーサー / 銀河間物質

Outline of Research at the Start

2021年からの始動が予定されている「すばる超広視野分光観測」（Prime Focus Spectrograph; PFS）プロジェクトでは、宇宙の進化史の広い範囲に渡って銀河の３次元分布が得られることが期待されており、そこに現れるバリオン音響振動（BAO）や赤方偏移歪み（RSD）の測定を通して、宇宙の時空の性質や構造の進化に迫れると期待されている。本研究では、暗黒エネルギーの性質やニュートリノ質量を精査することを念頭に置き、新たな物質分布の再構築法の開発・発展、そして実際の観測データへの適用・ 応用に向けて研究を進めていく。

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、次世代の広天域銀河赤方偏移サーベイである、すばる超広視野分光観測（PFS）プロジェクトで得られる銀河の３次元分布の解析手法の研究を進めてきた。PFSでは、銀河分布の二点相関関数に現れる特徴的なピークを利用することで、宇宙論的距離を測定し、暗黒エネルギーの正体に迫ることができると期待されている。より精密な距離測定に向けて、銀河（物質）分布を再構築する行程が重要になってくることを踏まえ、本研究では、従来の再構築法を改善させた「反復再構築法」と呼ばれる手法を開発・発展させてきた。特に今年度は、反復再構築法に特有のパラメータの不定性が再構築の結果に全く影響を与えない、また、物質揺らぎの平滑化を非等方的に行うことで理論テンプレートとのフィッティングが改善されるという結果が得られた。これらの結果から、反復再構築法を用いることで、より信頼できる形で距離測定が行えると言える。適宜学会で成果発表を行い、ここまでの結果を踏まえて現在論文を執筆中である。

また、二つ目の研究テーマとして、クエーサー周りの銀河間物質から発されるLyα輝線に注目し、PFSを初めとする将来的な銀河分光サーベイを通してクエーサーの物理や活動周期にアプローチする新たな手法について引き続き検討を進めてきた。本年度は、「Lyα光子の散乱」と「イオン化光子による光電離」という二つの効果を一つの定式化にまとめた上でLyα輝線の強度の推定を行い、光電離の効果がクエーサー周りのLyα輝線の増加に寄与しない、また、クエーサーの近傍（数十Mpc）ではクエーサーとの相互相関が一定になる、という結果を得た。本研究で新たに得られた定式化や関係性は、さらに将来的な観測プロジェクトにおいてクエーサーや銀河間物質の新たな知見を得るための足掛かりになることが期待される。これらの結果をもとに執筆中の論文は、現在まとめの段階に入っている。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ハーバード・スミソニアン天体物理学センター(米国)
• [Int'l Joint Research] ハーバード・スミソニアン天体物理学センター(米国)
• [Int'l Joint Research] ハーバード・スミソニアン天体物理学センター(米国)
• [Journal Article] 銀河赤方偏移サーベイによる宇宙論的距離の精密測定 (2021)
  • Author(s): 羽田龍一郎
  • Journal Title: 天文月報 Volume: 114(No.5) Pages: 349-358
  • NAID: 40022563703
  • Open Access
• [Journal Article] Forecasts of cosmological constraints from Type Ia supernovae including the weak-lensing convergence (2019)
  • Author(s): R. Hada and T. Futamase
  • Journal Title: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics Volume: 06 Issue: 06 Pages: 033-033
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2019/06/033
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] BAO distance measurement using an iterative reconstruction method (2021)
  • Author(s): Ryuichiro Hada, Daniel Eisenstein
  • Organizer: COSMO21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 超新星爆発による距離推定 (2021)
  • Author(s): 羽田龍一郎
  • Organizer: 天文観測におけるビッグデータ解析と宇宙論パラメータの推定
  • Invited
• [Presentation] 次世代のBAO 距離測定に向けた初期密度場の再構築法 (2020)
  • Author(s): 羽田龍一郎、Daniel Eisenstein
  • Organizer: 第９回観測的宇宙論ワークショップ
• [Presentation] An iterative reconstruction of cosmological initial density fields (2019)
  • Author(s): Ryuichiro Hada、Eisenstein Daniel J
  • Organizer: COSMO19
  • Int'l Joint Research