2021 Fiscal Year Annual Research Report
Exploring the nature of dark matter based on galactic dynamics and models of ultra-light dark matter particles
Publicly Offered Research
| Project Area | What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter |
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| Project/Area Number |
21H05448
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
千葉 柾司 東北大学, 理学研究科, 教授 (50217246)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2023-03-31
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| Keywords | 暗黒物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
標準理論である冷たい暗黒物質モデルに代わる暗黒物質候補で、最近注目されている超低質量暗黒物質粒子（個々の質量が10の-22乗ev程度の粒子）のいわゆるFuzzy Dark Matter（FDM）と呼ばれている暗黒物質の性質を調べた。具体的には、FDMに基づく矮小銀河スケールの暗黒物質ハロー形成の数値シミュレーションを実施し、その密度分布構造などを解析した。FDMによる構造形成の計算は、その波としての特性からシュレディンガー方程式を同時に解く必要があって複雑であるが、これまでになく多数の場合について計算を実行することができた。その結果、暗黒物質ハローの密度分布が中心部のソリトンコアと外側のハロー部に分けられ、後者の密度分布に有意な分散が存在することを見出した。すなわち、中心のコア質量と外側のハロー質量との間に一定の分散があり、先行研究で出された分散がない関係式を変更する必要があることを発見した。この結果は、学術雑誌の論文として掲載された。
また、このような理論予想と比較して、実際の恒星系の運動の観測からどのように暗黒物質ハローの分布を引き出すかが重要となる。本研究では、これまでによく用いられてきた2次のジーンズ方程式をさらに発展させて、高次である4次の速度モーメントを使った解析方法を開発している。この方法を用いることによって、これまでの2次モーメントである速度分散を用いた解析で直面していたモデル内の縮退を解くことができ、より正確な暗黒物質ハローの分布を導出することができる。実際、この方法は高次の速度分布が得られるような精度の高い観測データに対して適用できるもので、今後すばる望遠鏡を用いた観測プロジェクトにて利用されるべく開発を進めている状況である。
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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
FDMモデルに基づいた暗黒物質ハローの形成に関する計算は順調に進み、その結果は当該年度内に学術雑誌に論文として掲載されている。恒星系の運動解析に基づいた暗黒物質ハローの導出方法の開発も一定の進展があり、今後さらに発展できる見込みになっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
FDMに基づいた暗黒物質ハローの計算をさらに進め、近年矮小銀河スケールにて報告されている回転曲線のダイバーシティ、すなわち暗黒物質の密度分布の多様性について理論的な予想をまとめる。また、コア質量とハロー質量の関係の分散に関して、潮汐場といった環境依存性があるかどうか、どのような物理量がこの分散を与えているかをさらに分析したい。
観測データの解析方法に関して、高次の速度モーメントを用いた解析をさらに進めると同時に、別の方法である恒星系の軌道の重ね合わせに基づく、いわゆるシュバルツシルドモデルの開発にも着手したい。このように複数の解析方法を開発し採用することによって、より系統誤差のない精密な暗黒物質分布を導出することを目指していきたい。
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