Probing coevolution of cosmic plasma and dark matter with multi-wavelength data

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25400236
• Research Institution: Toho University
• Principal Investigator: 北山 哲 東邦大学, 理学部, 教授 (00339201)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 銀河団 / X線 / ミリ波 / サブミリ波 / 宇宙論

Outline of Annual Research Achievements

平成３０年度は、当初平成２９年度で終了を予定していた研究期間を１年間延長し、平成２９年度までに得られた研究成果のうち、公表準備中だったものを順次整理して発表した。
まず、Ｘ線天文衛星ひとみにより得られたデータに基づく研究成果の大半は、平成２９年度までに論文として出版したが、解析・考察により多くの時間を要した超新星残骸G21.5-0.9の広エネルギー帯域観測、かに星雲の軟ガンマ線観測、ペルセウス銀河団中心部の重元素汚染史のそれぞれに関しても、平成３０年度に査読付き論文として出版した。
また、アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（ＡＬＭＡ）による銀河団プラズマの観測データを、Ｘ線天文衛星チャンドラおよびハッブル宇宙望遠鏡のデータと組み合わせ、遠方銀河団 RX J1347.5-1145 中の高温ガスの状態方程式、およびガスとダークマター分布との関連を明らかにした。その結果、銀河団中心付近では高温ガスが音速よりも十分に遅い速さでゆっくりとかき回されて圧力平衡がほぼ保たれた状態にある一方で、銀河団南東部では高速の衝撃波によりガスが加熱され、ガスはダークマターの塊からはぎとられた状態にあることがわかった。このことから、ダークマターの自己相互作用断面積への制限を得ることにも成功した。
さらに、宇宙論的大規模流体シミュレーションを用いて、銀河団中の星、高温ガス、ダークマターの空間分布の関連を統計的に調べた。その結果、各成分の空間分布の主軸方向は、幅広いスケールに渡って互いに良く相関していることがわかり、将来の観測データによる検証の道筋を示すことができた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Goddard Space Flight Center/Stanford University/Massachusetts Institute of Technology(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Goddard Space Flight Center/Stanford University/Massachusetts Institute of Technology
  • # of Other Institutions: 17
• [Int'l Joint Research] University of Waterloo/Saint Mary's University/University of Manitoba(カナダ)
  • Country Name: CANADA
  • Counterpart Institution: University of Waterloo/Saint Mary's University/University of Manitoba
• [Int'l Joint Research] University of Cambridge/University of Durham/University of Southampton(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of Cambridge/University of Durham/University of Southampton
• [Int'l Joint Research] Laboratoire APC/CEA Saclay/Institut d’Astrophysique de Paris(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: Laboratoire APC/CEA Saclay/Institut d’Astrophysique de Paris
  • # of Other Institutions: 1
• [Int'l Joint Research] Max Planck Institute(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Max Planck Institute
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 10
• [Journal Article] Constraints on the chemical enrichment history of the Perseus Cluster of galaxies from high-resolution X-ray spectroscopy (2019)
  • Author(s): Simionescu, A.; Nakashima, S.; Yamaguchi, H.; Matsushita, K.; Mernier, F.; Werner, N.; Tamura, T.; Nomoto, K.; de Plaa, J.; Leung, S.-C.; Bamba, A.; Bulbul, E.; Eckart, M. E.; Ezoe, Y.; Fabian, A. C.; Fukazawa, Y.; Gu, L.; Ichinohe, Y.; Ishigaki, M. N.; Kaastra, J. S.; Kilbourne, C.; Kitayama, T.; et al.
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 483 Pages: 1701-1721
  • DOI: 10.1093/mnras/sty3220
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hitomi X-ray observation of the pulsar wind nebula G21.5-0.9 (2018)
  • Author(s): Hitomi Collaboration
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 70 Pages: id.38
  • DOI: 10.1093/pasj/psy027
  • 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 simulation (2018)
  • 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] A Cool Core Disturbed: Observational Evidence for the Coexistence of Subsonic Sloshing Gas and Stripped Shock-heated Gas around the Core of RX J1347.5-1145 (2018)
  • Author(s): Ueda, Shutaro; Kitayama, Tetsu; Oguri, Masamune; Komatsu, Eiichiro; Akahori, Takuya; Iono, Daisuke; Izumi, Takumi; Kawabe, Ryohei; Kohno, Kotaro; Matsuo, Hiroshi; Ota, Naomi; Suto, Yasushi; Takakuwa, Shigehisa; Takizawa, Motokazu; Tsutsumi, Takahiro; Yoshikawa, Kohji
  • Journal Title: The Astrophysical Journal Volume: 866 Pages: id. 48
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aadd9d
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Detection of polarized gamma-ray emission from the Crab nebula with the Hitomi Soft Gamma-ray Detector (2018)
  • Author(s): Hitomi Collaboration
  • Journal Title: Publications of the Astronomical Society of Japan Volume: 70 Pages: id.113
  • DOI: 10.1093/pasj/psy118
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hitomi (ASTRO-H) X-ray Astronomy Satellite (2018)
  • Author(s): Takahashi, Tadayuki; Kokubun, Motohide; Mitsuda, Kazuhisa; Kelley, Richard L.; Ohashi, Takaya; Kitayama, Tetsu (104番目); et al.
  • Journal Title: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems Volume: 4 Pages: id. 021402
  • DOI: 10.1117/1.JATIS.4.2.021402
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research