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2018 Fiscal Year Annual Research Report

広帯域電波観測による銀河の3次元構造の解明と宇宙論的磁場の検出

Research Project

Project/Area Number 16H05999
Research InstitutionKumamoto University

Principal Investigator

高橋 慶太郎  熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 准教授 (80547547)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Keywords宇宙磁場 / ファラデートモグラフィ / 電波天文学 / 宇宙再電離 / 21cm線
Outline of Annual Research Achievements

銀河の3次元構造を探り、銀河磁場の起源やダイナモ機構などについての知見を得るためのファラデートモグラフィに関する研究を行った。まず、実際の観測においてどのような周波数帯域で観測をすれば最も効率良く情報を得られるか、人工電波などの影響を考慮しながらシミュレーションし、ファラデートモグラフィ観測の最適な周波数帯域を得た。またファラデートモグラフィの1つの手法であるQU-fittingについて、それが様々な天体に対してどの程度の正確さで情報を引き出すことができるのかをシミュレーションした。さらに電波望遠鏡LOFARの巨大電波銀河の観測で得られたファラデー回転度を使って、宇宙大規模構造のフィラメントに存在する磁場を探る研究を行い、フィラメントに付随する微弱な磁場の存在が示唆された。

また、宇宙再電離期の中性水素21cm線の観測に向けた準備研究を行った。特に、ライマンアルファ銀河やマイクロ波宇宙背景放射と21cm線との相互相関により、前景放射の影響を軽減してシグナルを検出しやすくする手法を開拓した。前者については数値シミュレーションのデータを使って観測誤差の評価や前景放射の影響を調べ、現行の電波望遠鏡MWAや将来計画であるSKAでの観測可能性を議論した。また、後者についてはMWAとPlanckの実際の観測データを用いて相互相関に上限を与えた。また、EDGESのグローバルシグナルの観測データを使った原始揺らぎのパワースペクトルへの制限を評価した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

電波望遠鏡LOFARやMWAの観測データが想定より早く得られたため、それを使った宇宙磁場研究や宇宙再電離研究をすることができた。前者ではフィラメントに付随した磁場の存在が示唆された。後者では宇宙再電離21cm線とマイクロ波宇宙背景放射の相互相関への上限が得られた。このように、シミュレーションではなく実際の観測データを用いた研究が進展した。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度に引き続き、ファラデートモグラフィの研究を行う。これまで用いてきたスタンダードな手法に、スパースモデリングのような先進的な解析手法を取り入れ、より正確で効率的なファラデートモグラフィソフトウェアを開発する。そしてそれをLOFARやMWAの観測データに適用して実際にファラデートモグラフィを行う。それとともに得られたファラデースペクトルから天体についてどのような物理的情報が得られるかを議論し、グローバルな磁場や乱流、宇宙線電子の分布などを探る手法を提案する。これらの研究のために大学院生をオーストラリアのCSIROやオランダのラドバウド大学などに派遣し、現地の解析チームと共同研究を進める。

宇宙再電離21cm線に関しても引き続きMWAとの共同研究を進める。そのために大学院生をメルボルン大学に派遣して観測データの取得やデータ解析の習得を図るとともに、相互相関解析のためのソフトウェアを開発する。MWA phase 2データとすばるHSCのライマンアルファ銀河サーベイのデータを用いて、それらの相互相関を解析し、上限をつけることを目標とする。また、MWAデータの自己相関についてはパワースペクトルだけでなくバイスペクトルや1点関数など、多様な統計量についての解析を行う。

  • Research Products

    (16 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 8 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] CSIRO/メルボルン大学/カーティン大学(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      CSIRO/メルボルン大学/カーティン大学
  • [Int'l Joint Research] ハンブルグ大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      ハンブルグ大学
  • [Journal Article] The intergalactic magnetic field probed by a giant radio galaxy2019

    • Author(s)
      O’Sullivan S. P.、et al.
    • Journal Title

      Astronomy & Astrophysics

      Volume: 622 Pages: A16~A16

    • DOI

      10.1051/0004-6361/201833832

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Sensitivity of new detection method for ultra-low-frequency gravitational waves with pulsar spin-down rate statistics2018

    • Author(s)
      Yonemaru Naoyuki、Kumamoto Hiroki、Takahashi Keitaro、Kuroyanagi Sachiko
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 478 Pages: 1670~1676

    • DOI

      10.1093/mnras/sty976

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Detectability of 21?cm-signal during the Epoch of Reionization with 21?cm-Lyman-α emitter cross-correlation ? II. Foreground contamination2018

    • Author(s)
      Yoshiura S、Line J L B、Kubota K、Hasegawa K、Takahashi K
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 479 Pages: 2767~2776

    • DOI

      10.1093/mnras/sty1472

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Detectability of the 21-cm signal during the epoch of reionization with 21-cm Lyman α emitter cross-correlation ? I2018

    • Author(s)
      Kubota Kenji、Yoshiura Shintaro、Takahashi Keitaro、Hasegawa Kenji、Yajima Hidenobu、Ouchi Masami、Pindor B、Webster R L
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 479 Pages: 2754~2766

    • DOI

      10.1093/mnras/sty1471

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Impact of EDGES 21-cm global signal on the primordial power spectrum2018

    • Author(s)
      Yoshiura Shintaro、Takahashi Keitaro、Takahashi Tomo
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 98 Pages: 063529

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.98.063529

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Optimum frequency of Faraday tomography to explore the intergalactic magnetic field in filaments of galaxies2018

    • Author(s)
      Akahori Takuya、Ideguchi Shinsuke、Aoki Takahiro、Takefuji Kazuhiro、Ujihara Hideki、Takahashi Keitaro
    • Journal Title

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      Volume: 70 Pages: 115

    • DOI

      10.1093/pasj/psy124

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Performance test of QU-fitting in cosmic magnetism study2018

    • Author(s)
      Miyashita Yoshimitsu、Ideguchi Shinsuke、Nakagawa Shouta、Akahori Takuya、Takahashi Keitaro
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 482 Pages: 2739~2749

    • DOI

      10.1093/mnras/sty2862

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Study of systematics effects on the cross power spectrum of 21?cm line and cosmic microwave background using Murchison Widefield Array data2018

    • Author(s)
      Yoshiura S、Ichiki K、Pindor B、Takahashi K、Tashiro H、Trott C M
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 483 Pages: 2697~2711

    • DOI

      10.1093/mnras/sty3248

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 「Pulsar studies in SKA Japan」2019

    • Author(s)
      Keitaro Takahashi
    • Organizer
      Asia SKA Initiative On NS Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 「Toward the Detection of Cosmological HI 21cm line Emission」2019

    • Author(s)
      Keitaro Takahashi
    • Organizer
      「加速宇宙」シンポジウム
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 「Pulsar Timing Array」2019

    • Author(s)
      Keitaro Takahashi
    • Organizer
      RESCEU workshop on Space Gravitational Wave Detection
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 「次世代低周波電波望遠鏡Square Kilometre Array」2018

    • Author(s)
      高橋慶太郎
    • Organizer
      電子情報通信学会アンテナ・伝搬研究会
    • Invited
  • [Presentation] 「SKAとVLBIによるパルサー研究の未来」2018

    • Author(s)
      高橋慶太郎
    • Organizer
      VLBI懇談会シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 「機械学習によるパルサーサーチ」2018

    • Author(s)
      高橋慶太郎
    • Organizer
      宇宙電波懇談会シンポジウム

URL: 

Published: 2019-12-27  

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