「京」コンピュータによる暗黒物質の位相空間分布に関する研究

• Project Area: Revealing the history of the universe with underground particle and nuclear research
• Project/Area Number: 15H01030
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 石山 智明 千葉大学, 統合情報センター, 准教授 (90616426)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2016: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2015: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 宇宙物理 / 素粒子実験 / 高性能計算

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、「京」コンピュータを用いた大規模シミュレーションを軸として、銀河系の暗黒物質位相空間分布を従来よりも格段によい精度で明らかにし、ダークマター検出のための知見を得ることである。
2016年度は2015年度に進めた、粒子数5500億、領域 800pc の超大規模宇宙論的N体シミュレーションの解析を進めた。最小の暗黒物質原始ハローが合体してできる、それより数千～数万倍の大きさのハローの構造形成進化史を定量化し、これらハローがサブハローとして、自身より大きいハローの中に存在する場合の内部構造や空間分布を調べた。
まずこれら小スケールのハロー同士の合体頻度を定量化した。合体頻度の質量依存性や合体の質量比依存性が、質量で10桁以上異なるにも関わらず、銀河から銀河団スケールのシミュレーションから得られたものと矛盾しないことがわかった。また小スケールハローがサブハローとして存在している場合、孤立したハローとして存在する同じ質量スケールのハローと比較すると、密度プロファイルの羃が平均的にはわずかにゆるやかで、中心集中度は高い傾向にあることがわかった。さらにサブハロー質量関数を表すフィッティング関数を得た。
これらの結果を銀河系スケールまで外挿し、銀河ハローにおける全質量スケールにわたるサブハローの分布を定量化した。暗黒物質対消滅によるガンマ線フラックスを評価したところ、古典的な見積もりに比べフラックスは最大倍程度大きくなることがわかった。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Where are the Low-mass Population III Stars? (2016)
  • Author(s): Ishiyama, T., Sudo, K., Yokoi, S., Hasegawa, K., Tominaga, N., Susa, H.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 826 Issue: 1 Pages: 9-9
  • DOI: 10.3847/0004-637x/826/1/9
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dynamical Evolution of Primordial Dark Matter Haloes through Mergers (2016)
  • Author(s): Ogiya, G., Nagai, D., Ishiyama, T.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 461 Issue: 3 Pages: 3385-3396
  • DOI: 10.1093/mnras/stw1551
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 最小スケールからの階層的構造形成とサブハロー (2016)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 平成28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
  • Year and Date: 2016-11-29
• [Presentation] 最小スケールからの階層的構造形成とサブハロー (2016)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 日本天文学会2016年秋季年会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] Where are the Low-mass Pop III Stars? (2016)
  • Author(s): Tomoaki Ishiyama
  • Organizer: First Star V
  • Place of Presentation: Heiderberg, Germany
  • Year and Date: 2016-08-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structures of Dark Matter Halos near the Free Streaming Scale and Their Impact on Detection Experiments (2016)
  • Author(s): Tomoaki Ishiyama
  • Organizer: Dark Matter 2016
  • Place of Presentation: Santander, Spain
  • Year and Date: 2016-06-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 銀河の中に生き残った初代星の分布 (2016)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 第三回 銀河進化研究会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2016-06-01
• [Presentation] 超大規模シミュレーションによる、ダークマターハローの中で生まれる全天体形成研究 (2016)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 素粒子・原子核・宇宙「京からポスト京に向けて」シンポジウム
  • Place of Presentation: ワテラスコモンホール, 東京
  • Year and Date: 2016-03-30
• [Presentation] 初代星は銀河系内のどこに生き残っているか? (2016)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 平成27年度CfCAユーザーズミーティング
  • Place of Presentation: 国立天文台水沢キャンパス, 岩手
  • Year and Date: 2016-01-28
• [Presentation] 初代星は銀河系内のどこに生き残っているか? (2015)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 日本天文学会2015年秋季年会
  • Place of Presentation: 甲南大学, 兵庫
  • Year and Date: 2015-09-09
• [Presentation] Hierarchical Formation of Dark Matter Halos near the Cutoff Scale and Their Impact on Indirect Detections (2015)
  • Author(s): Tomoaki Ishiyama
  • Organizer: IAU General Assembly Meeting
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 2015-08-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 初代星は銀河系内のどこに生き残っているか? (2015)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: すばるPFSによるサイエンス検討会
  • Place of Presentation: 国立天文台, 東京
  • Year and Date: 2015-07-09
• [Presentation] 「京」コンピュータによる暗黒物質の位相空間分布に関する研究 (2015)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: 「宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究」 2015年領域研究会
  • Place of Presentation: 神戸大学, 兵庫
  • Year and Date: 2015-05-15