2023 Fiscal Year Research-status Report
次世代大型電波望遠鏡による小スケール原始ゆらぎの解明に向けた研究
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21K03533
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| Research Institution | Sojo University |
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Principal Investigator |
田代 寛之 崇城大学, 総合教育センター, 准教授 (40437190)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 原始密度ゆらぎ / 宇宙マイクロ波背景放射 / 構造形成史 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、主に超小型ダークマター天体の一つである、超コンパクトミニハロー（UCMH）の存在量に関する制限の研究を行った。このUCMHは宇宙初期に生成される高密度小型ダークマターハローである。その存在量は、原始密度ゆらぎの大きさと関連しており、とくに本研究課題の主題である1Mpc以下の小スケールゆらぎを起源に生成される。したがって、1Mpc以下のゆらぎに対する知見を得るためにも、このUCMHの存在量をさぐることが大きな鍵となっている。
このUCMH探査方法として、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）における重力レンズ現象に注目した。まずUCMHによるCMB重力レンズ現象をモデル化するために、数値シミュレーションによって明らかにされたUCMH密度モデルを採用し、UCMHの起源となる原始密度ゆらぎの大きさ等の統計的情報と重力レンズ現象の大きさや特徴的なスケールの関連性を明らかにした。
またこの結果を利用して、CMBにおけるUCMHの重力レンズ効果の影響を調べた。その結果、UCMHの存在量とCMB重力レンズ現象の度合いの強さの関連性を明らかにし、今後のCMB観測によりUCMHの存在量について制限を与えることができることを示した。この研究の成果は既に査読付き学術雑誌に原著論文として投稿している。
またこのほかにも、小スケール揺らぎが密接に関連していると思われる太陽の10の5乗以上の質量を持つ天体、超大型ブラックホールの進化に関する研究も行なった。ここでは、初期宇宙の超大質量ブラックホール探査として、重力波観測に焦点をあて、超大質量ブラックホールの存在量と重力波シグナルの関連性について明らかにしている。この研究結果についてはすでに2本の学術論文としてまとめ、公表している。
このほかにも、宇宙初期の構造形成に関する1件の学術論文を執筆し、すでに査読付き学術雑誌で公表している。
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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
当初の予定位通り、超小型コンパクト天体（UCMH）の重力レンズ効果に焦点を当てて、UCMHの存在量とCMB重力レンズ効果の関連性を明らかにした。UCMHの存在量の探査は、UCMHの起源となる小スケールの原始揺らぎと非常に大きな関連がある。この研究を通じて、今後のCMB観測の発展により、現在のUCMH制限ではまだ未探査の小スケールのUCMHの存在量を探査できることを示した。このことは、小スケールの密度ゆらぎの統計的性質についても大きな知見を得ることができることを示唆している。
また2020年のパルサータイミングアレーNANOGravの結果をうけて、小スケールの原始ゆらぎと密接な関係にあると考えられている超大質量ブラックホールの初期宇宙での存在量の探査について、重力波観測による可能性を探る研究も行った。このことは、本研究課題の新たな方向性を示唆するものであり、研究当初には予想できなかった進展である。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究進捗状況は順調であることから、研究計画に沿って研究を進めていく。
今後は、小スケールの構造による21cmシグナルの精密予測を中心におこなう。また、超大質量ブラックホールも小スケールのゆらぎを探れる可能性がある。21cm線シグナルの測定は超大質量ブラックホール探査の有力な候補の一つである。そのため、当初の計画にはない、超大質量ブラックホールの進化と21cm線シグナルの関係に関する調査も行い、超大質量ブラックホールの進化についても研究を進める。
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| Causes of Carryover |
研究開始年度に予定していた研究打ち合わせのための海外出張が、コロナ禍により中止している。そのため、前年度に引き続き、次年度使用額が生じている。
予定していた研究打ち合わせを次年度の研究広報のための学会参加費用に置き換えて、次年度中に使用する予定である。
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