大規模シミュレーションと次世代超広視野分光観測で解き明かすダークマターの正体

• Project Area: Why does the Universe accelerate? - Exhaustive study and challenge for the future -
• Project/Area Number: 18H04337
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• 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): 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: ダークマター / シミュレーション / 銀河 / 矮小銀河

Outline of Annual Research Achievements

以下の研究を行い、査読付欧文論文出版などの成果を挙げた。
(1)冷たいダークマターモデルを採用した高分解能宇宙論的N体シミュレーションの解析を進め、宇宙大規模構造とダークマターハローの構造の関係を調べた。赤方偏移0におけるホストハローの構造はサブハローのフィラメント降着の強さに依存して変化し、降着が強いホストハローでは(i)軸比が小さくなり、よりつぶれた形状を示す(ii)長軸の向きがフィラメント方向に揃いやすい(iii)角運動量ベクトルはフィラメント方向に垂直になりやすい、といった傾向があることを明らかにした。一方、等方的なサブハロー降着により形成されたホストハローは、より丸い形状を示す。
(2)ダークマター自己相互作用を考慮した宇宙論的N体シミュレーションコードを開発し、低光度矮小楕円体銀河スケールまで分解できる高分解能のシミュレーションを行った。これは従来当該分野でなされてきたものよりも、格段に良い分解能である。回転速度が最大となる半径の内側で平均化されたサブハローの密度は、冷たいダークマターと自己相互作用するモデル間で差が見られなかった。一方、その半径よりおよそ半分程度のスケールより内側で平均化された密度は、自己相互作用するモデルでは冷たいものより著しく低く、密度構造はコア構造を示すことを確認した。

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

• [Int'l Joint Research] アムステルダム大学(オランダ)
• [Journal Article] The abundance and structure of subhaloes near the free streaming scale and their impact on indirect dark matter searches (2020)
  • Author(s): Ishiyama Tomoaki、Ando Shin’ichiro
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 492 Issue: 3 Pages: 3662-3671
  • DOI: 10.1093/mnras/staa069
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Void Formation: Does the Void-in-Cloud Process Matter? (2019)
  • Author(s): Chan Hei Yin Jowett、Chiba Masashi、Ishiyama Tomoaki
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 490 Pages: 2405-2413
  • DOI: 10.1093/mnras/stz2786
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Statistical properties of substructures around Milky Way-sized haloes and their implications for the formation of stellar streams (2019)
  • Author(s): Morinaga Yu、Ishiyama Tomoaki、Kirihara Takanobu、Kinjo Kazuki
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 487 Issue: 2 Pages: 2718-2729
  • DOI: 10.1093/mnras/stz1373
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of interstellar objects on metallicity of low-mass first stars formed in a cosmological model (2019)
  • Author(s): Kirihara Takanobu、Tanikawa Ataru、Ishiyama Tomoaki
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 486 Issue: 4 Pages: 5917-5923
  • DOI: 10.1093/mnras/stz1277
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Discrimination of heavy elements originating from Pop?III stars in z?= 3 intergalactic medium (2019)
  • Author(s): Kirihara Takanobu、Hasegawa Kenji、Umemura Masayuki、Mori Masao、Ishiyama Tomoaki
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 491 Issue: 3 Pages: 4387-4395
  • DOI: 10.1093/mnras/stz3376
  • NAID: 120007132819
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Halo Substructure Boosts to the Signatures of Dark Matter Annihilation (2019)
  • Author(s): Ando Shin’ichiro、Ishiyama Tomoaki、Hiroshima Nagisa
  • Journal Title: Galaxies Volume: 7 Issue: 3 Pages: 68-68
  • DOI: 10.3390/galaxies7030068
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ダークマターの密度揺らぎからはじまる宇宙の天体形成 (2020)
  • Author(s): Ishiyama Tomoaki
  • Organizer: 令和元年度国立天文台 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
  • Invited
• [Presentation] Constraint on the nature of dark matter by high-resolution cosmological simulations and next generation spectroscopy observations (2020)
  • Author(s): Ishiyama Tomoaki
  • Organizer: Cosmic Acceleration
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大規模シミュレーションを用いたフィラメント降着がハロー構造へ及ぼす影響 (2020)
  • Author(s): Morinaga Yu, Ishiyama Tomoaki
  • Organizer: 日本天文学会 2020春季年会
• [Presentation] ダークマターの密度揺らぎからはじまる宇宙の天体形成 (2019)
  • Author(s): Ishiyama Tomoaki
  • Organizer: シミュレーションによる宇宙の基本法則と進化の解明に向けて (QUCS 2019)
• [Presentation] ダークマターの自己相互作用を考慮した宇宙の構造形成シミュレーション (2019)
  • Author(s): Ebisu Toshihiro, Ishiyama Tomoaki
  • Organizer: 令和元年度国立天文台 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
• [Presentation] 宇宙論的シミュレーションで探る、恒星ストリームと銀河重力場の関係 (2019)
  • Author(s): Morinaga Yu, Ishiyama Tomoaki, Kirihara Takanobu
  • Organizer: 日本天文学会2019年秋季年会
• [Presentation] 宇宙論的シミュレーションで探る、恒星ストリームの構造形成 (2019)
  • Author(s): Morinaga Yu, Ishiyama Tomoaki, Kirihara Takanobu
  • Organizer: 初代星・初代銀河研究会2019
• [Presentation] Revealing the nature of dark matter by ultralarge cosmological simulations and next generation wide-field spectroscopy observations (2019)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: Why does the Universe accelerate?-Exhaustive study and challenge for the future)-MAR2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ダークマターシミュレーション、最近の進展 (2018)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: ダークマターハロー研究会
  • Invited
• [Presentation] High performance cosmological simulations for next generation wide and deep surveys (2018)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: Simulated skied for new-generation spectroscopic surveys
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hierarchical formation of dark matter halos near the free streaming scale and implications for annihilation signals (2018)
  • Author(s): 石山智明
  • Organizer: The Eighth East Asian Numerical Astrophysics Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of statistical properties of dark matter subhalos using PCA (2018)
  • Author(s): 金城和樹、石山智明
  • Organizer: The Eighth East Asian Numerical Astrophysics Meeting
  • Int'l Joint Research