Probing dark matter structure based on dynamics of old stellar population in galaxies

• Project Area: Why does the Universe accelerate? - Exhaustive study and challenge for the future -
• Project/Area Number: 16H01086
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: 千葉 柾司 東北大学, 理学研究科, 教授 (50217246)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 暗黒物質 / 銀河形成

Outline of Annual Research Achievements

宇宙の中で、物質密度の大半を占めるのは暗黒物質であり、その本質を解明することは現代物理学の最大の課題のひとつである。実際の宇宙に見られる大規模構造は、冷たい暗黒物質とよばれる理論によって自然に説明できることが知られていて、現在の標準理論になっている。しかし、銀河系や衛星銀河の空間スケールをみると、冷たい暗黒物質の理論予言と矛盾する観測事実が報告されており混沌とした状況にある。この問題の鍵は、銀河系やその衛星銀河などの近傍銀河の理解であり、特に、１．矮小銀河の真の数分布の決定、２．矮小銀河にある暗黒物質の分布の決定、のために、系統的な観測とその理論解析が重要になる。
本研究では、１．の問題、すなわちミッシングサテライト問題に対して知見を得るために、現在進行中のすばる望遠鏡の超広視野カメラを用いた観測データを用いて、系統的に衛星銀河の探査を進めてきた。そして、これまで新しい衛星銀河を2個発見し、2編の学術論文として発表した。さらに、3個目の銀河も発見しており、結果をまとめている最中である。また、これまでの衛星銀河の発見率が冷たい暗黒物質の予言と矛盾しないことが分かってきた。
さらに、２．の研究テーマに対して、銀河系の各衛星矮小銀河の測光データを解析し、各銀河の空間構造を導出した。そして、この測光データをもとにして将来の多天体分光観測の計画を立案した。特に、どのような観測情報から暗黒物質の正体に迫れるか検討を行った。これらの成果に基づいて、今後の分光観測を中心とした研究を推進したいと考えている。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] プリンストン大学/カリフォルニア工科大学/ジョンズ・ホプキンス大学(米国)
• [Int'l Joint Research] 上海天文台(中国)
• [Int'l Joint Research] 中央研究所天文及天文物理研究所(台湾)
• [Int'l Joint Research] プリンストン大学/カリフォルニア工科大学/ジョン・ホプキンス大学(米国)
• [Int'l Joint Research] 上海天文台(中国)
• [Int'l Joint Research] 中央研究院天文及天文物理研究所(台湾)
• [Journal Article] Metallicity Distribution of Disk Stars and the Formation History of the Milky Way (2018)
  • Author(s): Toyouchi, D., Chiba, M.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 855 Issue: 2 Pages: 104-124
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aab044
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Searches for New Milky Way Satellites from the First Two Years of Data of the Subaru/Hyper Suprime-Cam Survey: Discovery of Cetus~III (2018)
  • Author(s): D.Homma, M.Chiba, S. Okamoto, Y.Komiyama,M.Tanaka, M.Ishigaki, K.Hayashi, N.Arimoto et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 70 Issue: SP1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1093/pasj/psx050
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Stellar Stream and Halo Structure in the Andromeda Galaxy from a Subaru/Hyper Suprime-Cam Survey (2018)
  • Author(s): Komiyama, Yutaka; Chiba, Masashi; Tanaka, Mikito; Tanaka, Masayuki; Kirihara, Takanobu; Miki, Yohei; Mori, Masao; Lupton, Robert H.; Guhathakurta, Puragra; Kalirai, Jason S.; Gilbert, Karoline; Kirby, Evan; Lee, Myun Gyoon; Jang, In Sung; Sharma, Sanjib; Hayashi, Kohei
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 853 Issue: 1 Pages: 29-51
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaa129
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Universal Dark Halo Scaling Relation for the Dwarf Spheroidal Satellites (2017)
  • Author(s): Hayashi Kohei、Ishiyama Tomoaki、Ogiya Go、Chiba Masashi、Inoue Shigeki、Mori Masao
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 843 Issue: 2 Pages: 97-97
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa74d9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Resolved Stellar Streams around NGC 4631 from a Subaru/Hyper Suprime-Cam Survey (2017)
  • Author(s): Tanaka Mikito、Chiba Masashi、Komiyama Yutaka
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 842 Issue: 2 Pages: 127-127
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa6d11
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A New Milky Way Satellite Discovered in the Subaru/Hyper Suprime-Cam Survey (2016)
  • Author(s): Homma, D., China, M., Okamoto, S. et al.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 832 Issue: 1 Pages: 21-26
  • DOI: 10.3847/0004-637x/832/1/21
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Evidence for a Dusty Dark Dwarf Galaxy in the Quadruple Lens MG 0414+0534 (2016)
  • Author(s): Inoue, K, T., Matsushita, S., Minezaki, T., Chiba, M.
  • Journal Title: Astrophysical Journal Volume: 835 Issue: 2 Pages: 23-28
  • DOI: 10.3847/2041-8213/835/2/l23
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] すばるPFSが拓く近傍宇宙論と銀河暗黒物質の正体の解明 (2017)
  • Author(s): 千葉柾司
  • Organizer: 日本天文学会春季年会
  • Invited
• [Presentation] Searches for new Milky Way satellites and implications for the nature of dark matter (2017)
  • Author(s): 千葉柾司
  • Organizer: 新学術領域シンポジウム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Galactic Archaeology (2017)
  • Author(s): 千葉柾司
  • Organizer: PFS Collaboration Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Dark matter on small scales - dwarf galaxies and J-factor (2017)
  • Author(s): 千葉柾司
  • Organizer: 新学術領域シンポジウム
  • Place of Presentation: 高エネルギー加速器研究機構（茨城県・つくば市）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 近傍宇宙論：恒星系の化学動力学から探る銀河形成と進化 (2016)
  • Author(s): 千葉柾司
  • Organizer: 理論懇シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県・仙台市）
  • Invited