2017 Fiscal Year Annual Research Report
暗黒物質揺らぎの重力非線形成長の研究と宇宙大規模構造の解明
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16J01773
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
羽田 龍一郎 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | 宇宙大規模構造 / バリオン音響振動 / Ia型超新星 / 重力レンズ / ニュートリノ / 暗黒エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代の大規模サーベイから、暗黒物質や暗黒エネルギー、ニュートリノなどの情報を正確に得ることを目指し、「超新星の明るさ」と「銀河の三次元分布」の二つの観測に宇宙大規模構造が及ぼす影響を調べた。今年度は主に銀河の三次元分布の研究に注目した。
銀河の三次元分布の観測から得られた二点相関関数にはバリオン音響振動と呼ばれる、特徴的なピークが現れる。このピークを距離指標に用いることで、宇宙の膨張率の測定が可能となり、その性質（加速・減速）を決める暗黒エネルギーの性質に迫ることができることが知られている。しかし、銀河の固有運動によりピークが均され、膨張率の測定精度が落ちてしまうという問題が指摘されている。これまでは、銀河の分布（重力ポテンシャル場）から各銀河の変位を推定し、位置を元に戻すことで銀河（物質）の分布を再構築する方法が用いられてきた。そこで、今年度は、上記のプロセスを何度も繰り返す iterative algorithm と呼ばれる方法を発展させることで、より正確な物質分布の再構築法を開発した。さらに、新たな再構築法をN体シミュレーションで得られた物質分布に適用したところ、従来の方法よりも二点相関関数をより正確に復元できることが確かめられた。
Ia超新星からの光は、宇宙大規模構造を通過してくる際に重力レンズ効果の影響を受けるため、超新星の明るさの分布から、大規模構造の進化やその原因となる暗黒物質やニュートリノの質量といった情報を引き出せる。昨年度までは、明るさの確率分布として単純なガウシアンを仮定していたが、先行研究のシミュレーションからは Log-normal 分布がより正確であることが確かめられている。そこで、今年度は、より正確なパラメータ推定を可能にするため、これまで研究を進めてきた理論モデルを Log-normal 分布に拡張した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
次世代の広視野銀河赤方偏移サーベイによって暗黒エネルギーを精査することを念頭に置き、より洗練された銀河の三次元分布の再構築法を開発するという当初の目標を達成することに成功した。また、この結果は学会で発表し、論文としてまとめて査読雑誌に投稿済である。
また、次世代の超新星の観測プロジェクトを想定し、Ia型超新星の見かけの明るさの分布を用いて大規模構造の情報を引き出すための確率分布の理論モデルを、ガウシアンからより一般的なLog-normalへと拡張した。当初の予定では、観測された超新星を格子状に配置し、行列を用いて解析的に理論モデルを構築するつもりであったが、計算途中で仮定に無理があることが判明したため、シミュレーションによってその妥当性が確認されているLog-normalを用いる方法に変更して研究を継続した。
以上のことから本研究はおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
銀河の分布の再構築法については、より現実の観測データに近い、N体シミュレーションから得られた銀河の分布に適用することで、その方法を再検討・調整する。また、実際に膨張率の測定精度を評価する際に多数のシミュレーション結果に適用する必要があることを踏まえ、一回の再構築にかかる時間の短縮を目指す。
Ia型超新星の見かけの明るさの分布については、今年度の研究で得られたLog-normal分布の理論モデルを用いて、実際に次世代の超新星の観測プロジェクト (LSST・WFIRST等) において、暗黒エネルギーの性質やニュートリノの質量をどの程度制限できるか予測を行う。また、Log-normal分布の持つ非ガウス性が、密度揺らぎの非線形成長に密接に関わっていることに注目し、新たにそれらの情報が引き出せるかどうか検討する。
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Research Products
(3 results)
