The role of the dark matter in the statistics of active galactic nuclei

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter
• Project/Area Number: 21H05449
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 大木 平 愛媛大学, 宇宙進化研究センター, 研究員 (90792078)
• Project Period (FY): 2021-09-10 – 2023-03-31
• Keywords: ダークマター / 超巨大ブラックホール / 活動銀河核 / 銀河形成 / 銀河進化

Outline of Annual Research Achievements

我々は、冷たいダークマター (CDM) 理論に基づいてスーパーコンピュータ「京」を用いた準解析的銀河形成モデル ν2GC を構築し、世界トップレベルの精度で活動銀河核 (AGN) の統計量を理論予言することを可能にした。 しかし、銀河やAGNの数密度、空間相関は、ダークマターの性質からも大きな影響を受ける可能性がある。 本研究では、温かいダークマター(WDM)モデル及び自己相互作用するダークマターモデルが、AGNの統計量にどのような影響を与えるのかを、ダークマターハローの合体形成史と準解析的銀河・AGN形成モデルを用いて明らかにする。
WDMなどのダークマターは、小スケールの構造形成を抑制するため、CDMモデルがもつ近傍宇宙の観測との不一致を解決するモデルとして議論されている。他方、高赤方偏移の天体は低質量ハローで形成されると考えられるため、その個数密度は、WDMモデルへの有効な制限となる。
我々は、ダークマターの宇宙論的シミュレーションの前段階として、モンテカルロ法を用いて様々なWDM質量を仮定したときのダークマターハロー合体史を構築した。これを準解析的銀河・AGN形成モデルと組み合わせることで、WDMモデルが高赤方偏移での超巨大ブラックホール(SMBH)とAGNの統計量に与える影響を調べた。
その結果、赤方偏移4以上において、WDM質量の違いが低質量SMBH質量関数と低光度AGNの光度関数に大きな影響を与えることが分かった。特に、1keV WDM を仮定した場合、CDM に比べて個数密度が ~0.5 dex 減少することを示した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

大規模N体シミュレーションを行うにあたり、ダークマターモデルの選定に時間を要した。そのため、本計画の一つであるダークマターの性質を変えた複数の宇宙論的シミュレーションのセットアップに遅れが生じたが、現在のところ、シミュレーションの実行に目処が立ってきている。今後N体シミュレーションの実行と解析を進め、計画の遂行を加速していく。

Strategy for Future Research Activity

ダークマターモデルの改良を続ける。特に、複数のダークマターモデルを仮定したN体シミュレーションの実行と解析に注力する。また、モデルがジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡などによる最新の観測によりどのように制限されるかを明らかにするため、統計量の観測との比較のための解析を進め、ダークマターの性質との関わりを詳細に調べる。

Research Products

• [Journal Article] ΛCDM halo substructure properties revealed with high-resolution and large-volume cosmological simulations (2023)
  • Author(s): Moline, Angeles; Sanchez-Conde, Miguel A.; Aguirre-Santaella, Alejandra; Ishiyama, Tomoaki; Prada, Francisco; Cora, Sofia A.; Croton, Darren; Jullo, Eric; Metcalf, R. Benton; Oogi, Taira; Ruedas, Jose
  • Journal Title: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume: 518 Pages: 157-173
  • DOI: 10.1093/mnras/stac2930
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] The role of the dark matter in the statistics of active galactic nuclei (2023)
  • Author(s): Oogi T.
  • Organizer: What is dark matter? - Comprehensive study of the huge discovery space in dark matter
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Host galaxies of high-redshift quasars within the Uchuu-ν2GC semi-analytic model (2022)
  • Author(s): Oogi T., Nagashima M., Kawaguchi T., Okamoto T., Enoki M., Ogura K., Shirakata H., ν2GC collaboration, Uchuu collaboration
  • Organizer: Tracing the SMBH growth: outlook beyond the HSC-SSP, and future collaborations
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Field variance forecasts of high redshift AGNs for future surveys with a semi-analytic model (2022)
  • Author(s): Oogi T., Ishiyama T., Prada F., Sinha M., Croton D., Cora S. A. Uchuu collaboration, ν2GC collaboration
  • Organizer: What drives the growth of black holes: a decade of reflection
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 準解析的モデルで探る高赤方偏移クエーサーの母銀河 (2022)
  • Author(s): 大木平, 長島雅裕, 川口俊宏, 岡本崇, 榎基宏, 小倉和幸, 白方光, ν2GC collaboration
  • Organizer: 日本天文学会2022年秋季年会
• [Presentation] Field variance forecasts of high redshift AGNs with a semi-analytic model with the Uchuu simulation (2022)
  • Author(s): Oogi T., Ishiyama T., Prada F., Croton D., Sinha M., Cora S. A.
  • Organizer: IAU Symposium 373: Resolving the Rise and Fall of Star Formation in Galaxies
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cosmic variance forecasts of high redshift AGNs with Uchuu-ν2GC (2022)
  • Author(s): Oogi T., Ishiyama T., Prada F., Croton D., Sinha M., Cora S. A.
  • Organizer: COSPAR 2022 44th Scientific assembly, E1.11: Supermassive Black Holes at High Redshift
  • Int'l Joint Research