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2018 Fiscal Year Research-status Report

計算統計に立脚した宇宙論解析のための理論的基盤の開発

Research Project

Project/Area Number 17K14273
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

西道 啓博  京都大学, 基礎物理学研究所, 特定准教授 (60795417)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2021-03-31
Keywords宇宙大規模構造 / 摂動理論 / 多点統計量 / 宇宙論パラメタ
Outline of Annual Research Achievements

本研究では重力による宇宙大規模構造の進化を記述する解析的模型の開発を通して、その背景に潜む物理現象のより深い理解を促進するとともに、並行して進められているコンピュータシミュレーションと機械学習による数値的方法を補完し、次世代観測データに応用可能な高精度理論テンプレートを用意することを目指している。
平成30年度の最大の成果は、暗黒物質ハローの大スケールにおける揺らぎの進化を「伝搬関数」を用いて精密に記述し、これを別途数値シミュレーションと機械学習を組み合わせて構築した「エミュレータ」に組み入れたことである。伝搬関数による計算法は摂動展開の収束性を改善する有効な手法として知られていた。数値シミュレーションでは考えている領域の大きさに迫る大スケールモードの精密測定が困難なため、伝搬関数の考え方を持ち込むことで、数値シミュレーションと摂動理論を融合させ、進行中のすばる望遠鏡HSCサーベイを解釈するのに十分なダイナミックレンジを持つ理論テンプレートの完成を見た。
関連して、数値シミュレーションでは表現できない大スケールの揺らぎの影響を、実効的な宇宙論パラメタの変化と解釈し直すことで、異なる膨張則に従う宇宙として記述する手法を実装し、そのような揺らぎに対する観測量の応答を測定した。これを用いて、HSCサーベイなどから得られる弱重力レンズ効果の信号が従うべき統計分布の共分散行列を効率的に推定する手法を開発した。
また、多点の統計量に潜む情報について理解することとも本研究の大きなテーマである。平成30年度はフーリエ空間における3点統計量であるバイスペクトルが持つバリオン音響振動の特徴について数値シミュレーションから調査し、波数空間の三角形の形状に応じてこの効果がどのように現れるのか明らかにした。その結果を用いて、バリオン音響振動をバイスペクトルから抜き出す最適な手法についても考察を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

暗黒物質ハローの基本的な統計量を精密かつ高速に予言する「エミュレータ」は、主に数値シミュレーションと機械学習を組み合わせた研究として、本課題とは独立に開発を進めていたが、本研究で扱ってきた揺らぎの摂動理論がエミュレータの弱点を補うことに着目し、二つの手法を組み合わせたハイブリッド計算法を実装することで、観測データに直接応用可能な理論ツールを完成させることができた。そのほかにも、数値シミュレーションでは取り扱えない観測領域を超える大スケールの揺らぎに対する応答関数の導入、応用や、バイスペクトルの持つ情報の理解など、次年度以降にさらに発展させられる可能性を秘めた、本課題にとって重要な成果をあげることができたと考えられる。

Strategy for Future Research Activity

今後の課題は大きく「赤方偏移空間への拡張」、「整合性関係式の開発、応用」の二つに分けられる。
前者は、銀河、銀河団といった遠方の天体までの距離の測定に赤方偏移を用いていることに起因するもので、個々の天体が持つ特異測度が混入することで、見かけ上非等方な分布になることを指す(赤方偏移歪み)。本研究では、平成30年度の研究で応用、確立した「伝搬関数」および「応答関数」の方法論を赤方偏移空間に拡張することで、既存の手法とは異なるアプローチから赤方偏移歪みの理論的理解を目指す。
また、後者については平成30年度に調査したバイスペクトルが持つバリオン音響振動の兆候について、フーリエ空間における"squeezed limit"と呼ばれるある種の特殊な三角形の形状に対して、パワースペクトルとの間に整合性関係式が成り立つことが期待される。実際の観測では観測領域の有限性により、完全なsqueezed limitを取ることができないため、この極限の次のオーダーで効いてくる項を理解することが重要となる。その次数まで見るとバリオン音響振動の特徴が記述できると期待されるため、関係式を応用することでよりロバストなバリオン音響振動のモデリングが可能になると予想される。今後の研究ではこれを数値シミュレーションから調査し、現実の宇宙に応用可能な理論のベースを整備したい。

  • Research Products

    (18 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 7 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] 中央研究院天文及天文物理研究所(その他の国・地域)

    • Country Name
      その他の国・地域
    • Counterpart Institution
      中央研究院天文及天文物理研究所
  • [Int'l Joint Research] Institut d'Astrophysique de Paris/Observatoire de la Cote d'Azur(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      Institut d'Astrophysique de Paris/Observatoire de la Cote d'Azur
  • [Int'l Joint Research] Shanghai Jiao Tong University(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Shanghai Jiao Tong University
  • [Int'l Joint Research] Argonne National Laboratory/University of California, Berkeley/Pennsylvania State University(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Argonne National Laboratory/University of California, Berkeley/Pennsylvania State University
  • [Journal Article] Strong orientation dependence of surface mass density profiles of dark haloes at large scales2018

    • Author(s)
      Osato Ken、Nishimichi Takahiro、Oguri Masamune、Takada Masahiro、Okumura Teppei
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 477 Pages: 2141~2153

    • DOI

      10.1093/mnras/sty762

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Projected alignment of non-sphericities of stellar, gas, and dark matter distributions in galaxy clusters: analysis of the Horizon-AGN simulation2018

    • Author(s)
      Okabe Taizo、Nishimichi Takahiro、Oguri Masamune、Peirani Sebastien、Kitayama Tetsu、Sasaki Shin、Suto Yasushi
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 478 Pages: 1141~1160

    • DOI

      10.1093/mnras/sty1068

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Splashback radius of nonspherical dark matter halos from cosmic density and velocity fields2018

    • Author(s)
      Okumura Teppei、Nishimichi Takahiro、Umetsu Keiichi、Osato Ken
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 98 Pages: 023523

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.98.023523

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Grid-based calculation for perturbation theory of large-scale structure2018

    • Author(s)
      Taruya Atsushi、Nishimichi Takahiro、Jeong Donghui
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 98 Pages: 103532

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.98.103532

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Bispectrum as baryon acoustic oscillation interferometer2018

    • Author(s)
      Child Hillary L.、Takada Masahiro、Nishimichi Takahiro、Sunayama Tomomi、Slepian Zachary、Habib Salman、Heitmann Katrin
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 98 Pages: 123521

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.98.123521

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The multidimensional dependence of halo bias in the eye of a machine: a tale of halo structure, assembly, and environment2018

    • Author(s)
      Han Jiaxin、Li Yin、Jing Yipeng、Nishimichi Takahiro、Wang Wenting、Jiang Chunyan
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 482 Pages: 1900~1919

    • DOI

      10.1093/mnras/sty2822

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Covariances for cosmic shear and galaxy?galaxy lensing in the response approach2018

    • Author(s)
      Takahashi Ryuichi、Nishimichi Takahiro、Takada Masahiro、Shirasaki Masato、Shiroyama Kosei
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 482 Pages: 4253~4277

    • DOI

      10.1093/mnras/sty2962

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 宇宙大規模構造エミュレータとニュートリノの影響2019

    • Author(s)
      西道啓博
    • Organizer
      2018年度CfCAユーザーズミーティング
  • [Presentation] 宇宙論的応答関数に対するシェルクロッシングの影響2019

    • Author(s)
      西道啓博、樽家篤史、Anaelle Halle、Stephane Colombi
    • Organizer
      日本天文学会2019春季年会
  • [Presentation] Dark Quest I.: A New Simulation Suite for Halo Clustering at 100+1 wCDM Models2018

    • Author(s)
      Takahiro Nishimichi
    • Organizer
      The 4th CosKASI-ICG-NAOC-YITP Joint Workshop on Frontiers of Cosmology
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 銀河・銀河レンズ効果と銀河クラスタリングのためのエミュレータ2018

    • Author(s)
      西道啓博
    • Organizer
      第7回観測的宇宙論ワークショップ
    • Invited
  • [Presentation] 宇宙大規模構造理論予言の現状と展望2018

    • Author(s)
      西道啓博
    • Organizer
      第31回理論懇シンポジウム 「宇宙物理の標準理論:未来に向けての再考」
    • Invited
  • [Presentation] Dark Quest I. Emulators for the clustering of halos/galaxies2018

    • Author(s)
      Takahiro Nishimichi
    • Organizer
      The Nonlinear Universe 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Dark Quest I.: A New Simulation Suite for Halo Clustering at 100 wCDM models2018

    • Author(s)
      Takahiro Nishimichi
    • Organizer
      Statistical Challenges in 21st Century Cosmology
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2019-12-27  

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