2019 Fiscal Year Annual Research Report
Towards Precision Structure Formation Theory: cosmic distribution of baryons, metal, and dust
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17H01111
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
長峯 健太郎 大阪大学, 理学研究科, 教授 (50714086)
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2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 理論天文学 / 銀河形成 / 宇宙論 / 構造形成 / 銀河間物質 / ダークマター / 中性水素 / 超新星爆発 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究で開発が終了したSPHコードGADGET3-Osaka (Shimizu et al. 2019)を用いて、宇宙論的銀河形成シミュレーションをいくつか実行した。これらのシミュレーションでは、100Mpc/hの共同体積において異なる超新星爆発フィードバックモデルを用いた。また同時に、本科研費によって開発されたダストの形成破壊モデル(Aoyama et al. 2017, 2018; Hou et al. 2017)も運用している。化学進化モデルCELib (Saitoh 2017)との協働によって、超新星Ia, II型、AGB星などによるフィードバックや金属汚染の効果を時間の関数として細かく追跡している。孤立系におけるテストとその成果はShimizu et al. (2019)においてまとめて論文に出版された。2019年度は主に上記の宇宙論的銀河形成シミュレーションを解析し、宇宙全体の水素分布、銀河におけるダスト分布の統計的変化などを吟味した。
名古屋大学のグループとの共同研究では、中性水素分布のダークマターに対するバイアスのスケール依存性を定量的に評価した。赤方偏移空間における歪みも吟味し、線形理論モデルと概ね一致することを見出した。Illustrisシミュレーションとの比較から、小スケールにおけるフィードバックモデルの違いなどの物理過程によってバイアスのスケール依存性は影響を受けないことがわかった。
ダストモデルからのアウトプットをSTUDIESというSCUBA-2観測サーベイと比較し、我々のダストモデルが銀河の統計的性質をサブミリ波においてもz=1-4において再現できていることを示した(Aoyama et al. 2019; Hou et al. 2019)。
より解像度の高い宇宙論的ズームシミュレーションも実施し、初代銀河の輻射特性を吟味した(Arata et al. 2019)。また、z=5-7における初代銀河の[CII]観測と比較したところ、現在のシミュレーションは初代銀河周辺のガスの広がりを完全には再現できないことがわかり、今後フィードバックモデルの改良へ示唆が得られた。
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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
当初予定していたフィードバックやダストの形成破壊モデルなどのコード開発は終了し、実装できた。そのコードを用いて孤立系銀河におけるテストも実行し、大規模な宇宙論的構造形成シミュレーションもいくつかモデルセットアップを変更して実行した。台湾のグループとの共同研究により、ダストの宇宙論的な分布と、それが表出するサブミリ波における銀河の統計的性質なども観測と比較し、概ね当初の予定は達成できた。
Light coneとLyα forestデータも作成し、中性水素分布や銀河分布との相関などの吟味もできるようになり、その成果を論文にまとめている。名古屋大との共同研究では、中性水素分布のダークマターに対するバイアスなどを評価し、今後の大規模銀河サーベイへの準備となるような研究を進展させている(Ando et al. 2019)。上記の物理的モジュールをすべて兼ね備えた宇宙論的シミュレーションを実施して、銀河・中性水素・ダストなどの全ての分布を同時に吟味できるのは、世界的に見ても数グループしか達成できていない重要な成果である。
初代銀河の輻射特性を時間変動まで含めて吟味した成果は世界的にも新しく、東大とイタリアのグループとの共同研究から実際の観測と比較することで今後のフィードバックモデルの改良への示唆が得られたことは重要な成果であり、プレスリリースも実施された。
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| Strategy for Future Research Activity |
フィードバックモデル構築や宇宙論的シミュレーションの実施状況など、プロジェクト全体としては順調な進捗状況で、今後さらにLyα forestと銀河の相関関係、及び宇宙の中性水素分布のバイアスについて研究を発展させていく。銀河と中性水素の相対的分布に関する解析結果は出ており、論文に取りまとめて出版予定である。Lyα forestに付随するメタルの吸収線については、Cloudyコードを用いて視線上の各ピクセルにおいて電離計算ができるようになってきたが、その結果の統計的性質については今後さらに観測との比較を通じて検証を進めていく必要がある。原始銀河団領域の金属汚染についても、銀河そのものと環境効果の両面から種々の元素について調べていく。これまでの解析で、原始銀河団領域は高密度なため星形成と金属汚染が早く進むことを確認した。Type Ia, II超新星によるアバンダンス比の違いの進化なども今後詳細に調べて論文にまとめていく。
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