銀河形成シミュレーションで探る衛星銀河サブハロー構造のダークマターモデル依存性

• Project Area: Why does the Universe accelerate? - Exhaustive study and challenge for the future -
• Project/Area Number: 18H04333
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 岡本 崇 北海道大学, 理学研究院, 講師 (50541893)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 銀河形成 / ダークマター / 矮小銀河 / ダークマターハロー / シミュレーション / 数値シミュレーション / 衛星銀河

Outline of Annual Research Achievements

高分解能の天の川質量銀河の形成シミュレーションを実行した．これは衛星銀河のダークマターハロー（サブハロー）の構造を十分に扱える高分解能シミュレーションである．そのさい，一般的に仮定されるコールドダークマター (CDM) だけでなく，ダークマター同士が弾性衝突をする self-interacting dark matter (SIDM) も考慮できるシミュレーションコードを開発した．また，サブハローの構造に大きな影響を与えると考えられている超新星爆発の影響を，超新星残骸の高分解能シミュレーションの結果を用いて物理的に正しい形で取り入れた．SIDM には観測的な制限の範囲内で矮小銀河スケールで CDM と大きく異なる振る舞いをするように，相対速度が小さいほど衝突断面積が大きくなるモデルを採用した．
その結果，CDM と SIDM の両者で局所銀河群の衛星銀河の観測的性質は再現できた．一方，両者の違いは V-band で -10 等より暗いところで顕著であり，特徴的な半径内のダークマターの面密度や光度関数をそのような暗い衛星銀河にについて求めることで区別可能であることを示した．
また，CDM と SIDM では衛星銀河の空間分布に大きな違いがあることが明らかになった．これは SIDM ではサブハローの中心密度が下がることにより，潮汐力によりホストダークマターハロー中心部の衛星銀河が破壊されてしまうためである．このため，天の川銀河近傍の衛星銀河の分布を調べることでもダークマターの性質に制限をつけられることがわかった．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] ALMA uncovers the [C ii] emission and warm dust continuum in a z?= 8.31 Lyman break galaxy (2020)
  • Author(s): Bakx Tom J L C and Okamoto Takashi et al.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 493 Issue: 3 Pages: 4294-4307
  • DOI: 10.1093/mnras/staa509
  • NAID: 120006872433
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Big Three Dragons: A z = 7.15 Lyman-break galaxy detected in [OIII] 88 μm, [CII] 158 μm, and dust continuum with ALMA (2019)
  • Author(s): Hashimoto Takuya、Inoue Akio K、Mawatari Ken、Tamura Yoichi、Matsuo Hiroshi、Furusawa Hisanori、Harikane Yuichi、Shibuya Takatoshi、Knudsen Kirsten K、Kohno Kotaro、Ono Yoshiaki、Zackrisson Erik、Okamoto Takashi、Kashikawa Nobunari、Oesch Pascal A、Ouchi Masami、Ota Kazuaki、Shimizu Ikkoh、Taniguchi Yoshiaki、et al.
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 71 Issue: 4 Pages: 71-71
  • DOI: 10.1093/pasj/psz049
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Slowing down of cosmic growth of supermassive black holes: theoretical prediction of the Eddington ratio distribution (2019)
  • Author(s): Shirakata Hikari、Kawaguchi Toshihiro、Oogi Taira、Okamoto Takashi、Nagashima Masahiro
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 487 Issue: 1 Pages: 409-419
  • DOI: 10.1093/mnras/stz1282
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Detection of the Far-infrared [O iii] and Dust Emission in a Galaxy at Redshift 8.312: Early Metal Enrichment in the Heart of the Reionization Era (2019)
  • Author(s): Tamura Yoichi、Mawatari Ken、Hashimoto Takuya、Inoue Akio K.、Zackrisson Erik、Christensen Lise、Binggeli Christian、Matsuda Yuichi、Matsuo Hiroshi、Takeuchi Tsutomu T.、Asano Ryosuke S.、Sunaga Kaho、Shimizu Ikkoh、Okamoto Takashi、Yoshida Naoki、et al.
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 874 Issue: 1 Pages: 27-27
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab0374
  • NAID: 120006650166
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structure of dark matter haloes of Milky Way satellite galaxies in SIDM universes (2019)
  • Author(s): Okamoto Takashi
  • Journal Title: Proceedings of the International Astronomical Union Volume: 14 Issue: S344 Pages: 498-501
  • DOI: 10.1017/s174392131800580x
• [Journal Article] The New Numerical Galaxy Catalogue (ν2GC): properties of active galactic nuclei and their host galaxies (2019)
  • Author(s): Shirakata, H., Okamoto, T., Kawaguchi, T., Nagashima, M., Ishiyama, T., Makiya, R., Kobayashi, M. A. R., Enoki, M., Oogi, T., Okoshi, K.
  • Journal Title: MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY Volume: 482 Issue: 4 Pages: 48464873-48464873
  • DOI: 10.1093/mnras/sty2958
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Missing Satellite Problem Outside of the Local Group. I. Pilot Observation (2018)
  • Author(s): Tanaka Masayuki、Chiba Masashi、Hayashi Kohei、Komiyama Yutaka、Okamoto Takashi、Cooper Andrew P.、Okamoto Sakurako、Spitler Lee
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 865 Issue: 2 Pages: 125-125
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aad9fe
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The onset of star formation 250 million years after the Big Bang (2018)
  • Author(s): Hashimoto Takuya、Laporte Nicolas、Mawatari Ken、Umehata Hideki et al
  • Journal Title: Nature Volume: 557 Issue: 7705 Pages: 392-395
  • DOI: 10.1038/s41586-018-0117-z
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Structure of subhalos around Milky Way-mass galaxies in CDM and SIDM universe (2020)
  • Author(s): Takashi Okamoto
  • Organizer: Cosmic acceleration
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 銀河と銀河中心ブラックホールの進化における AGN フィードバックの役割 (2020)
  • Author(s): 岡本崇
  • Organizer: 日本天文学会2020年春季年会
• [Presentation] 衛星銀河ハローのダークマターによる構造の違いと銀河形成過程による影響」 (2019)
  • Author(s): 岡本崇
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会
• [Presentation] Metal enrichment of simulated galaxies (2018)
  • Author(s): Takashi Okamoto
  • Organizer: The Eighth East Asian Numerical Astrophysics Meeting (EANAM 2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Solving the cooling flow problem by introducing non gravitational dark matter-baryon interaction (2018)
  • Author(s): Hiroki Ichihashi, Takashi Okamoto, Toyokazu Sekiguchi
  • Organizer: The Eighth East Asian Numerical Astrophysics Meeting (EANAM 2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structure of dark matter haloes of Milky Way satellite galaxies in SIDM universes (2018)
  • Author(s): Takashi Okamoto
  • Organizer: IAUS 344: Dwarf Galaxies: From the Deep Universe to the Present
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 銀河形成シミュレーションにおける超 新星フィードバックの新たな実装方法 (2018)
  • Author(s): 岡本 崇
  • Organizer: 日本天文学会2018年秋季年界