2019 Fiscal Year Annual Research Report
New astrophysical researches by future 21cm line observations
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17H01131
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
郡 和範 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (50565819)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川崎 雅裕 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (50202031)
高橋 龍一 弘前大学, 理工学研究科, 助教 (60413960)
高橋 智 佐賀大学, 理工学部, 准教授 (60432960)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 21cm線 / 宇宙論 / ダークマター / 原始ブラックホール / インフレーション / ニュートリノ / ダークエネエルギー / CMB |
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| Outline of Annual Research Achievements |
郡は21cm線観測を用いた原始ブラックホールへの制限をレビュー論文をまとめ、arXivに投稿した (Carr et al, 2020)。また、。Nakama, et al,arXiv:1905.04477により、PBHを生成する小スケールの曲率ゆらぎが存在する場合、同時にCDMによるUltra-Compact-Mini-Halo (UCMH)が作られることが示され、それを将来のSKAによるパルサータイミング観測で検出できる可能性を指摘した。高橋龍一はN体数値シミュレーションを用いて、物質場の非線形バイスペクトルのフィッティング関数を作成した。41個の宇宙モデルに対し、赤方偏移0-10の範囲で調べた。その結果、約10％の精度のフィッティング公式を作成した。高橋智は２１cm線のグローバルシグナルを用いて、小スケールの原始密度揺らぎの振幅がどの程度制限できるか調べた。特に、EDGESの結果を用いた場合 10 /Mpc < k < 1000 /Mpc の波数スケールの振幅に対する制限を解析した結果、宇宙物理に関する不定性はあるものの、有用な方法であることがわかった。川崎は超巨大ブラックホールの種となる原始ブラックホール生成に関して、超対称性理論に基づくアフレック・ダイン機構を用いた原始ブラックホール生成モデルを構築し、宇宙背景放射の観測と矛盾することなく生成できることを明らかにした。
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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
郡の担当研究では、宇宙論的21cm線観測からの原始ブラックホールへの制限のレビュー論文を準備している。共同研究者との連絡もスムーズに行うことができて、極めて能率的に進んでいる。川崎の担当研究で、巨大ブラックホールは宇宙の再電離に寄与する可能性があり、本科研費の課題と密接に関係した天体でありその生成に対して新たな知見を年度内に得ることができた。高橋智の担当研究では、２１cm線のグローバルシグナルから小スケールの原始密度揺らぎの振幅に対する制限が得られることを具体的に示せた点が良い。しかし、宇宙物理のパラメタの不定性を十分に考慮する点に関してはさらに検討が必要であり、新たな方向性が明確に整理された。高橋龍一の担当研究では、先行研究のフィッティング公式の精度は（最悪の場合）2倍程度ずれていた。しかし、解析的なハロー模型に基づく関数形を用いた結果、今年度中に先行研究より精度の高い公式を作ることに成功した。以上の理由などにより、概ね順調に進展していると評価される。
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| Strategy for Future Research Activity |
郡は，ダークマターの対消滅で放射される粒子もしくは、ブラックホールへの降着円盤から放射される粒子が宇宙論的な21cm線シグナルに与える影響をまとめる。それに関連し、高橋龍一は、高赤方偏移（10以上）での暗黒物質の対消滅量の計算に不可欠な boost 係数の計算を進めている。ここで boost 係数は一様密度宇宙に比べ、何倍対消滅が起きやすいかを表す係数である。具体的には、N体計算を用いて冷たい暗黒物質の密度ゆらぎの成長を小スケール（減衰スケール）まで追って調べていく予定である。また、川崎は、ブラックホールへの降着や暗黒物質の対消滅による宇宙のイオン化に関する影響を調べる予定である。高橋智は、今後、宇宙物理の不定性も考慮して、２１cm線のグローバルシグナル、および、揺らぎまで用いた解析により、原始密度揺らぎの性質がどこまで検証できるか、より詳細な解析を行っていく。計画通りに進まない場合、協力研究者として加わっていただいている、21cm線の理論研究の第一人者であり、研究代表者と親交のあるハーバード大学CfAのA. Loeb氏を通じて、彼を含む彼のグループの２１cm線の専門家達に応援をお願いする予定である。
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Research Products
(80 results)
