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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Exploring novel observational probes of large-scale galaxy surveys that uncover the clues beyond the standard cosmological model

Research Project

Project/Area Number 21H01081
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

樽家 篤史  京都大学, 基礎物理学研究所, 准教授 (40334239)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 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) 2021-04-01 – 2025-03-31
Keywords宇宙論 / 宇宙の大規模構造 / 銀河の固有形状 / 一般相対論 / 宇宙の構造形成 / 標準宇宙モデル / 重力赤方偏移 / 銀河サーベイ
Outline of Annual Research Achievements

代表者・樽家は、銀河サーベイの新奇観測プローブである銀河の固有形状と観測相対論的効果に関して、最新の知見にもとづき、将来観測で予想される統計精度と期待される宇宙論的制限について評価を行った。フィッシャー解析にもとづく定式化と理論モデルの整備を行い解析を進めた結果、従来の銀河の位置情報に加えて銀河の固有形状を組み合わせると、標準宇宙モデルを拡張した空間曲率がゼロでない宇宙モデルに対して強く制限できることが明らかになった。また、観測相対論的効果については、DESIとSKA-2のデータを組み合わせた相関解析からシグナル・ノイズ比が20を超える非常に高い有意性で重力赤方偏移効果を検出できることが明らかになった。さらに、Baryon OScillation Spectroscopic Surveyなどの既存の公開カタログを用いて、銀河の固有形状を用いて空間相関の測定を行い、銀河の位置情報を組み合わせて、赤方偏移空間歪みから、構造の成長率が従来より精度よく測定できることを、世界で初めて確認した。

一方、分担者・西道は、宇宙論的N体シミュレーションの生成データをもとに、機械学習を駆使して高次元の宇宙論パラメータ空間の探索を可能とするエミュレータ開発を進めるとともに、本課題の雇用研究員と、全天模擬銀河カタログの作成に必要なコード開発を推し進めた。さらに、方法論の開発として、エミュレータ法を元に、本来カバーされていないパラメータ空間に拡張された宇宙モデルにおいて、統計量の予言を可能にする手法を編み出し、その有効性をN体シミュレーションをもとに検証を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2年目となる2022年度は、代表者らの研究により、新奇観測プローブに対する将来観測での有効性が明らかになり、定量的にも高い統計精度で検出のみならず、宇宙論への検証に使えることがわかり、具体的な観測データへの実証に向けて弾みがついた。そればかりか、既存の公開データを用いた銀河の固有形状についての空間相関の測定に成功し、銀河の位置情報を組み合わせて、構造の成長率が従来より精度よく測定できることを確認、宇宙論的スケールにおける一般相対論のテストに強力な手段となりうることを明らかにした。また、今年度より、本経費で研究員の雇用を開始し、分担者らとともに、全天模擬銀河カタログの作成に取り組んだ。模擬カタログでは、観測的相対論効果を実装した他に例のないものを作成することで、その成果を公開し、新奇観測プローブの実用的な側面から検証を進める予定である。本年度は初めにコード開発を行い、カタログ作成にむけた準備を進めた一方、新奇観測プローブに対する新しい推定方法を考案してその検証を行うなど、雇用初年度ながら、若手研究員の成果も出つつある。カタログ作成においては、観測的相対論効果の系統的影響に関して、最新の文献から再検討を要する事案があったが、概ね、順調に進展しており、一定の成果があがっている。

Strategy for Future Research Activity

次年度以降は、分担者、雇用研究員とともに、模擬カタログの作成を順次進める他、新奇観測プローブの新たな推定方法に関する成果をとりまとめ、論文として出版を進める。また、本年度の研究でも明らかになったことだが、将来観測から高い統計精度で宇宙論の検証を進めるには、構造形成の非線形領域(小スケール)の観測データを有効に活用することが本質的であり、そのための理論モデリングは必須となる。特に、新奇観測プローブについては、数値的なモデリングを含めて、これまで十分な研究が進められていなかったため、この点を特に進める必要がある。そのため、次年度は、これまでの成果を踏まえて、海外の研究協力者とも連携をとり、より実用性の高い理論研究も並行して進めていく。

  • Research Products

    (32 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (19 results) (of which Int'l Joint Research: 15 results,  Peer Reviewed: 19 results,  Open Access: 4 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Funded Workshop (1 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] パリ天体物理学研究所/パリ天文台/サクレー理論物理学研究所(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      パリ天体物理学研究所/パリ天文台/サクレー理論物理学研究所
  • [Int'l Joint Research] ペンシルバニア州立大学/プリンストン高等研究所(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ペンシルバニア州立大学/プリンストン高等研究所
  • [Journal Article] First Constraints on Growth Rate from Redshift-space Ellipticity Correlations of SDSS Galaxies at 0.16<z<0.702023

    • Author(s)
      Okumura Teppei、Taruya Atsushi
    • Journal Title

      The Astrophysical Journal Letters

      Volume: 945 Pages: L30~L30

    • DOI

      10.3847/2041-8213/acbf48

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Distinguishing a stochastic gravitational-wave signal from correlated noise with joint parameter estimation: Fisher analysis for ground-based detectors2023

    • Author(s)
      Himemoto Yoshiaki、Nishizawa Atsushi、Taruya Atsushi
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 107 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.107.064055

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Detectability of the gravitational redshift effect from the asymmetric galaxy clustering2022

    • Author(s)
      Saga Shohei、Taruya Atsushi、Rasera Yann、Breton Michel-Andres
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 511 Pages: 2732~2754

    • DOI

      10.1093/mnras/stac186

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The RayGalGroupSims cosmological simulation suite for the study of relativistic effects: An application to lensing-matter clustering statistics2022

    • Author(s)
      Rasera Y.、Breton M.-A.、Corasaniti P.-S.、Allingham J.、Roy F.、Reverdy V.、Pellegrin T.、Saga S.、Taruya A.、Agarwal S.、Anselmi S.
    • Journal Title

      Astronomy & Astrophysics

      Volume: 661 Pages: A90~A90

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202141908

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Grid-based calculations of redshift-space matter fluctuations from perturbation theory: UV sensitivity and convergence at the field level2022

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

      Physical Review D

      Volume: 105 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.105.103507

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Cold dark matter protohalo structure around collapse: Lagrangian cosmological perturbation theory versus Vlasov simulations2022

    • Author(s)
      Saga Shohei、Taruya Atsushi、Colombi Stephane
    • Journal Title

      Astronomy & Astrophysics

      Volume: 664 Pages: A3~A3

    • DOI

      10.1051/0004-6361/202142756

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Tightening geometric and dynamical constraints on dark energy and gravity: Galaxy clustering, intrinsic alignment, and kinetic Sunyaev-Zel’dovich effect2022

    • Author(s)
      Okumura Teppei、Taruya Atsushi
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.043523

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Analytical approach to the core-halo structure of fuzzy dark matter2022

    • Author(s)
      Taruya Atsushi、Saga Shohei
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.103532

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Relativistic distortions in galaxy density?ellipticity correlations: gravitational redshift and peculiar velocity effects2022

    • Author(s)
      Saga Shohei、Okumura Teppei、Taruya Atsushi、Inoue Takuya
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 518 Pages: 4976~4990

    • DOI

      10.1093/mnras/stac3462

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Full-shape cosmology analysis of the SDSS-III BOSS galaxy power spectrum using an emulator-based halo model: A 5% determination of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"><mml:msub><mml:mi>σ</mml:mi><mml:mn>8</mml:mn></mml:msub></mml:math>2022

    • Author(s)
      Kobayashi Yosuke、Nishimichi Takahiro、Takada Masahiro、Miyatake Hironao
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 105 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.105.083517

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] HSC Year 1 cosmology results with the minimal bias method: HSCxBOSS galaxy-galaxy weak lensing and BOSS galaxy clustering2022

    • Author(s)
      Sugiyama Sunao、Takada Masahiro、Miyatake Hironao、Nishimichi Takahiro、Shirasaki Masato、Kobayashi Yosuke、et al.
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 105 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.105.123537

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Cosmology with the redshift-space galaxy bispectrum monopole at one-loop order2022

    • Author(s)
      Philcox Oliver H.?E.、Ivanov Mikhail M.、Cabass Giovanni、Simonovi? Marko、Zaldarriaga Matias、Nishimichi Takahiro
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.043530

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The halo model with beyond-linear halo bias: unbiasing cosmological constraints from galaxy?galaxy lensing and clustering2022

    • Author(s)
      Mahony Constance、Dvornik Andrej、Mead Alexander、Heymans Catherine、Asgari Marika、Hildebrandt Hendrik、Miyatake Hironao、Nishimichi Takahiro、Reischke Robert
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 515 Pages: 2612~2623

    • DOI

      10.1093/mnras/stac1858

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Separate universe approach to evaluate nonlinear matter power spectrum for nonflat ΛCDM model2022

    • Author(s)
      Terasawa Ryo、Takahashi Ryuichi、Nishimichi Takahiro、Takada Masahiro
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.083504

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cosmological inference from an emulator based halo model. I. Validation tests with HSC and SDSS mock catalogs2022

    • Author(s)
      Miyatake Hironao、Kobayashi Yosuke、Takada Masahiro、Nishimichi Takahiro、Shirasaki Masato、Sugiyama Sunao、Takahashi Ryuichi、Osato Ken、More Surhud、Park Youngsoo
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.083519

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Cosmological inference from an emulator based halo model. II. Joint analysis of galaxy-galaxy weak lensing and galaxy clustering from HSC-Y1 and SDSS2022

    • Author(s)
      Miyatake Hironao、Sugiyama Sunao、Takada Masahiro、Nishimichi Takahiro、Shirasaki Masato、Kobayashi Yosuke、et al.
    • Journal Title

      Physical Review D

      Volume: 106 Pages: -

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.083520

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Consistent lensing and clustering in a low S8 Universe with BOSS, DES Year 3, HSC Year 1, and KiDS-10002022

    • Author(s)
      Amon A、Robertson N C、Miyatake H、Heymans C、White M、DeRose J、Yuan S、Wechsler R H、Varga T N、et al. (Nishimichi Takahiro, included)
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 518 Pages: 477~503

    • DOI

      10.1093/mnras/stac2938

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Cluster cosmology with anisotropic boosts: validation of a novel forward modelling analysis and application on <i>SDSS</i> redMaPPer clusters2022

    • Author(s)
      Park Youngsoo、Sunayama Tomomi、Takada Masahiro、Kobayashi Yosuke、Miyatake Hironao、More Surhud、Nishimichi Takahiro、Sugiyama Sunao
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 518 Pages: 5171~5189

    • DOI

      10.1093/mnras/stac3410

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 観測的宇宙論への機械学習の導入事例――エミュレーション技術とすばる望遠鏡への応用2022

    • Author(s)
      西道 啓博
    • Journal Title

      日本物理学会誌

      Volume: 77 Pages: 656~665

    • DOI

      10.11316/butsuri.77.10_656

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] AIで解き明かすダークな宇宙2023

    • Author(s)
      西道啓博
    • Organizer
      講演会「湯川博士の贈り物」
    • Invited
  • [Presentation] 重力赤方偏移効果が生み出す銀河の非対称相関と高赤方偏移宇宙での 等価原理のテスト2022

    • Author(s)
      樽家篤史
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
  • [Presentation] シューマン共鳴磁場に由来する相関雑音がある場合の背景重力波のパラメーター推定2022

    • Author(s)
      樽家篤史
    • Organizer
      日本物理学会秋季大会
  • [Presentation] Analytical approach to core-halo structure of fuzzy dark matter2022

    • Author(s)
      Taruya Atsushi
    • Organizer
      観測的宇宙論ワークショップ
  • [Presentation] Overview2022

    • Author(s)
      Taruya Atsushi
    • Organizer
      YITP workshop on "New Frontiers in Cosmology with the Intrinsic Alignments of Galaxies"
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 宇宙の大規模構造の自律的エミュレータ に向けたサンプリング法の開発2022

    • Author(s)
      西道啓博
    • Organizer
      日本天文学会秋季大会
  • [Presentation] Dark Quest IIの進捗状況2022

    • Author(s)
      西道啓博
    • Organizer
      観測的宇宙論ワークショップ
  • [Presentation] Dark Quest II project and halo shapes2022

    • Author(s)
      Nishimichi Takahiro
    • Organizer
      YITP workshop on "New Frontiers in Cosmology with the Intrinsic Alignments of Galaxies"
    • Int'l Joint Research
  • [Book] 20世紀科学論文集 現代宇宙論の誕生2022

    • Author(s)
      須藤靖、内山龍雄、松原隆彦、横山順一、樽家篤史、仏坂健太、高田昌広
    • Total Pages
      268
    • Publisher
      岩波書店
    • ISBN
      9784003395110
  • [Funded Workshop] New frontiers in cosmology with the intrinsic alignments of galaxies2022

URL: 

Published: 2024-12-25  

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