2018 Fiscal Year Annual Research Report
New Developments in Research on Cosmic Reionization and Cosmic Magnetic Fields by Long Wave Length Radio Observations
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17H01110
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
杉山 直 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (70222057)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
市來 淨與 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (10534480)
田代 寛之 名古屋大学, PhD登龍門推進室(理), 特任講師 (40437190)
大内 正己 東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (40595716)
赤堀 卓也 国立天文台, 水沢VLBI観測所, 特任研究員 (70455913)
高橋 慶太郎 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 准教授 (80547547)
竹内 努 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (90436072)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電波天文学 / 理論天文学 / 宇宙物理学 / 宇宙論 / 宇宙再電離 / 宇宙磁場 / 銀河進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、まず宇宙再電離期の中性水素21cm線観測へむけて、他のシグナルとの相互相関をとることで前景放射の影響を軽減する手法に着目した。宇宙再電離期にあるLyα輝線天体(LAE)との相互相関に着目した研究では、理論シミュレーションを用いて21cm線の検出の可能性を検証した。シミュレーションデータとすばる望遠鏡のデータとの比較から、観測をよく再現できるモデルであることの確認を行った。また、LAE同定には機械学習を用いた方法を考案し、約95%の精度で自動分類することに成功した。現行の電波望遠鏡MWAや将来計画であるSKAで検出できる可能性があることを示した。しかし、相互相関後も前景放射の影響は大きいことも確認した。これらの結果は3本の学術論文としてまとめた。さらに、21cm線と宇宙マイクロ波背景放射(CMB)との相互相関に着目した研究も行い、実際のMWAの観測データとPlanckの温度揺らぎのデータを用いて、世界で初めて21cm線-CMB相互相関について上限を与えることに成功し、学術雑誌に発表した。
次に、近年EDGESで検出された全天域平均21cmシグナルの観測結果にも着目し、原始揺らぎのパワースペクトルや宇宙初期の磁場強度への制限も行った。
宇宙磁場の研究については、初年度に投稿した乱流磁場による偏波解消効果の定式化の研究を完成させ、MWAのデータを使い銀河団外縁の磁場の研究を実施した。研究分担者の赤堀は、パースに滞在し、研究対象のMWAのイメージ解析を行った。その結果、従来のイメージ改善では、当該の観測領域の所望のイメージ品質を得ることができないことが分かった。視野内に非常に明るい点源がある中で淡い広がった放射を検出する必要があり、高いダイナミックレンジを達成しなければならなかった。他にも、広い意味の長波長電波天文の研究を展開し、6件の学術論文を出版した。
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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
次世代超大型電波干渉計SKAの試験機としての役割をもち、独自のサイエンスの成果も続々と出しているMWA計画に参画することができた。その結果、そこから得られたデータと宇宙マイクロ波背景放射の温度ゆらぎのデータの相関をとる研究や、我々日本グループが独自で入手できるすばる望遠鏡超広視野カメラHSCの画像データなどから、SKAやMWAの前景放射除去の可能性を論じる研究など、他では真似のできない独自性の高い研究を活発に進めることができた。
宇宙磁場の研究に関しても、オーストラリア・パースに滞在、実際のMWAのデータを取得し、イメージ解析を行うことができた。現地に滞在することではじめて、従来のイメージ改善では当該の観測領域の所望のイメージ品質を得ることができないことが分かったことは収穫である。
また、サイエンスの成果は、学術論文としてまとめ、査読付き国際学術誌に投稿、当該年度だけで、20本が出版されるに至った。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き宇宙再電離21cm線に関してMWAとの共同研究を進める。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。LAEとの相互相関においては、相関相関パワースペクトルの形が電離光子源の特性に関わることに着目し、相互相関パワースペクトルから得られる情報を理論的に明らかにしていく。同時にMWA phase 2データとすばるHSCのLAE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。LAEのサンプルに関しては、作成した機械学習をもちた分類器をすべてのカタログに適用することで、従来の結果を大きく凌駕する宇宙再電離期のLAEの巨大カタログを作成し、これをMWAデータ解析グループに提供する。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も行う。
また、前景放射の影響が比較的抑えられると考えられる重力レンズ効果と21cmシグナルの相互相関についても取り組む。これまでの研究に基づき前景放射のモデルを作成し、前景放射の有無と、除去後での相互相関のシグナルの大きさを見積もる。
磁場の研究に関しては、昨年度のデータ解析によって、古典的なイメージ解析方法ではMWAの性能を最大限にまで引き出せないことがわかったので、先進的なイメージ解析方法の調査と習得を行い、MWAの実際のデータに適用して結果の改善を確認することを行う。先進的なイメージ解析法の候補として、宇宙再電離研究で用いられている方法(RTS)、またはDD(direction-dependent)自己較正法を検討しているところである。改善後、銀河団外縁部の磁場の研究を実施し科学的成果を得ることを目指す。
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