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Field-level approach for next-generation spectroscopic surveys

Research Project

Project/Area Number 22K14036
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

大里 健  千葉大学, 先進科学センター, 助教 (00914277)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords観測的宇宙論
Outline of Research at the Start

宇宙物理学における根源的な問題であるダークマター・ダークエネルギーの正体、そして加速膨張の物理的な機構を探るため、大規模な銀河分光観測計画が予定されている。これらの計画では、銀河の三次元位置を測定し背景にある物質分布を描き出すことが主たる観測目的である。従来の解析では、観測された銀河分布から、その情報を要約する統計量を用いてダークマターの存在量に代表される宇宙論パラメータを推定する。しかしながら、統計量で表現できない高次の情報は失われてしまう。そこで、本研究では観測された銀河分布の場が持つ情報の全てを考慮するフィールドレベル解析に着目し、高速で実用的な統計解析基盤を構築する。

Outline of Annual Research Achievements

宇宙物理学における根源的な問題であるダークマター・ダークエネルギーの正体、そして加速膨張の物理的な機構を探るため、大規模な銀河分光観測計画が予定されている。これらの計画では、銀河の三次元位置を測定し背景にある物質分布を描き出すことが主たる観測目的である。従来の解析では、観測された銀河分布から、その情報を要約する統計量を用いてダークマターの存在量に代表される宇宙論パラメータを推定する。しかしながら、統計量で表現できない高次の情報は失われてしまう。そこで、本研究では観測された銀河分布の場が持つ情報の全てを考慮するフィールドレベル解析に着目し、高速で実用的な統計解析基盤を構築する。
昨年度までの研究により、フィールドレベル解析において重力の非線形を解析的に取り扱うGridSPT法をGraphic Processing Unit(GPU)という計算加速器を用いて高速計算する手法を開発した。このGridSPTで出力されるのは、大部分がダークマターで構成される物質分布であり、実際に観測される銀河分布とは小さいスケールにおいて差異が生じることが知られている。そこで今年度はこの銀河分布を再現すべくGridSPTと銀河バイアス展開法を組み合わせることで、実際に観測される銀河分布をフィールドレベル解析で取り扱えるよう拡張を行なった。シミュレーションを用いた検証でも十分に精度が出ていることが確認され、今後さらに大規模なシミュレーションデータを用いて銀河分布を用いたフィールドレベル解析がどの程度精度良くダークマターやダークエネルギーの情報を引き出せるか定量的に評価する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は昨年度までに開発したフィールドレベル解析の計算コードであるGridSPTの銀河分布への対応と高速化を主に行なった。また、最終目標である宇宙論パラメータと初期密度場を統計的に推定するコードの開発も並行して行なった。シミュレーションとの比較によりこれらの手法の妥当性の検証を行い、速度・精度の両面でフィールドレベル解析が高い性能を示すことが明らかになった。最終年度に向けて、より現実的な設定下でのフィールドレベル解析の実装に向けて、順調に進捗している。

Strategy for Future Research Activity

今年度までに基礎となるフィールドレベル解析のコード開発と銀河バイアス展開を応用した銀河分布の理論予言を実現するコードの開発を行なった。これらのコードはすべてGPUを用いて高速化がなされており、フィールドレベル解析のボトルネックとなる多次元パラメータ空間の統計解析を高速で実行することが可能となった。今年度までの研究では数値シミュレーションを用いて、これらのコードの基礎的な検証を行なったが、今後はシミュレーションで用いる銀河分布のスケールを変え、最終目標である宇宙論パラメータや初期密度場の推定に影響がどれほど及ぶかを詳細に調べる予定である。そして、実際の観測データへの応用の可能性についても議論を行う。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] The Pennsylvania State University(米国)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] CEA Saclay(フランス)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] ASIAA(その他の国・地域)

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Int'l Joint Research] The Pennsylvania State University(米国)

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Journal Article] Perturbation theory challenge for cosmological parameters estimation. II. Matter power spectrum in redshift space2023

    • Author(s)
      Osato Ken、Nishimichi Takahiro、Taruya Atsushi、Bernardeau Francis
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 108 Issue: 12 Pages: 123541-123541

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.123541

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Line-of-sight structure of troughs identified in <i>Subaru</i> Hyper Suprime-Cam Year 3 weak lensing mass maps2023

    • Author(s)
      Shimasue Takumi、Osato Ken、Oguri Masamune、Shimakawa Rhythm、Nishizawa Atsushi J
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 527 Issue: 3 Pages: 5974-5987

    • DOI

      10.1093/mnras/stad3542

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Perturbation theory remixed: Improved nonlinearity modeling beyond standard perturbation theory2023

    • Author(s)
      Wang Zhenyuan、Jeong Donghui、Taruya Atsushi、Nishimichi Takahiro、Osato Ken
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 107 Issue: 10 Pages: 103534-103534

    • DOI

      10.1103/physrevd.107.103534

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Clustering of emission line galaxies with IllustrisTNG ? I. Fundamental properties and halo occupation distribution2022

    • Author(s)
      Osato Ken、Okumura Teppei
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 519 Issue: 2 Pages: 1771-1791

    • DOI

      10.1093/mnras/stac3582

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Field-level inference with differentiable GridSPT2024

    • Author(s)
      Ken Osato, Atsushi Taruya, Takahiro Nishimichi, Donghui Jeong, Zhenyuan Wang
    • Organizer
      Statistical Analysis of Random Fields in Cosmology
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Field-level inference with differentiable GridSPT2023

    • Author(s)
      大里健, 西道啓博, 樽家篤史, Donghui Jeong, Zhenyuan Wang
    • Organizer
      第12回観測的宇宙論ワークショップ
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Intrinsic alignments with galaxy formation hydrodynamical simulations2022

    • Author(s)
      Ken Osato、Teppei Okumura
    • Organizer
      New Frontiers in Cosmology with the Intrinsic Alignments of Galaxies
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical simulations as a tool to scrutinise the physics of dark matter2022

    • Author(s)
      Ken Osato
    • Organizer
      DM3 - Deep insights and Multiple strategies for Deciphering the Mystery of Dark Matter
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Applications of Hydrodynamical Simulations for Clustering of Emission Line Galaxies2022

    • Author(s)
      Ken Osato、Teppei Okumura
    • Organizer
      From galaxies to cosmology with deep spectroscopic surveys
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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