Exploring the nature of dark matter based on galactic dynamics and models of ultra-light dark matter particles
Publicly Offered Research
| Project Area | What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter |
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| Project/Area Number |
21H05448
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
千葉 柾司 東北大学, 理学研究科, 教授 (50217246)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | 暗黒物質 |
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| Outline of Research at the Start |
この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、この正体を解明することが現代物理学の最大の課題である。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素粒子に基づいた理論によってごく自然に説明できることが知られていて現在の標準理論となっている。しかし、矮小銀河のような小空間スケールでは、標準理論の予言と矛盾した観測が報告されており、近年は別の暗黒物質粒子候補が提案されている。本研究では、個々の質量が10の-22乗ev程度のいわゆる超低質量暗黒物質粒子に着目し、数値シミュレーションを実施して矮小銀河における空間分布を調べ、実際の恒星系観測から得られる暗黒物質分布と比較する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
暗黒物質の標準理論として冷たい暗黒物質があるが、銀河やその衛星銀河の観測結果と矛盾があることなどから、別の暗黒物質モデルが提唱されていて混沌とした状況にある。その中で最近特に注目されているものに、超低質量暗黒物質粒子（個々の質量が10の-22乗ev程度の粒子）でFuzzy Dark Matter（FDM）と呼ばれている暗黒物質に着目し、この暗黒物質に関して新たな性質を見出した。具体的には、この理論に基づいて密度揺らぎを数値シミュレーションで発生させ、その時間発展を追跡して力学平衡状態に落ち着いた後の密度分布を詳しく調べた。そして、この暗黒物質ハローの密度分布が中心部のソリトンコアと外側のハロー部に分けられ、後者の密度分布に有意な分散が存在することを発見した。このことから、中心のコア質量と外側のハロー質量との間に一定の分散があり、先行研究で出された分散がない関係式を変更する必要があることを見出した。この結果は、既に学術雑誌の論文として発表している。
さらに、FDMだけでなく他の暗黒物質モデルも含めた理論予想を検証するために、実際の恒星系の運動の観測からどのように暗黒物質ハローの分布を引き出すかが重要となる。本研究では、これまでによく用いられてきた2次のジーンズ方程式をさらに発展させて、高次である4次の速度モーメントを使った解析方法を開発している。この方法を用いることによって、これまでの2次モーメントである速度分散を用いた解析で直面していたモデル内の縮退を解くことができ、より正確な暗黒物質ハローの分布を導出することができる。実際、この方法は高次の速度分布が得られるような精度の高い観測データに対して適用できるもので、今後すばる望遠鏡を用いた観測プロジェクトにて利用されるべく開発を進めている状況である。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(18 results)
