| Project/Area Number |
22K14035
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 15010:Theoretical studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Yokohama National University (2024)
University of Toyama (2022-2023) |
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Principal Investigator |
廣島 渚 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (60845741)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 暗黒物質 / 構造形成 / 宇宙論 |
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| Outline of Research at the Start |
暗黒物質ハローを介して素粒子物理学と間接探査の観測量を直接的に対応づける新たな枠組みを構築する。宇宙観測に立脚した探査で得られる示唆を素粒子論的モデルの観点で解釈する際に課題となるのが観測量とモデルの対応づけの曖昧さであり、その解消にはハローの理解が不可欠である。本研究では暗黒物質ハローの解析的モデルに基づき、(I) 素粒子論的な暗黒物質の性質に起因して現れるハローの統計的性質や分布、(II) 間接探査における観測量の解釈にハローの物理が与える影響、を定量化する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
天の川銀河の矮小衛星銀河はガンマ線での暗黒物質探査における重要な観測対象であるとともに、天の川銀河のサブハロー中に存在するという構造形成的な観点での特徴を持つ。拡張プレスシェヒター理論に基づき、個々の矮小楕円銀河についてサブハローとしての特性を反映した暗黒密度分布モデルを作成し、フェルミ衛星のガンマ線観測データを解析し、重たい暗黒物質の崩壊や消滅に起因する信号を探査した。結果、従来の研究を上回る新たな制限を導出することに成功した。成果は論文として出版した。また、この論文はフェルミLATチームのカテゴリII.5論文としても認められた。
また、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の観測により発見された高赤方偏移領域の重たいブラックホールの存在に関して、初期パワースペクトルにバンプ構造を導入することでその起源を説明するモデルが注目されている。このようなモデルに対し、同様のバンプがサブハローの形成・進化に与える影響を理論的に検討した。サブハローの物理から独立した制限が課せる可能性を提案した。論文は現在査読中である。
昨年から引き続き、有力なインフレーションモデルが予言するような複雑な構造を持つ初期パワースペクトルを考慮に入れた場合について、サブハローの分布を正確に計算可能とするスキームの開発と実装を進めた。
研究の延伸として、サブハロー中銀河としての矮小楕円銀河を使った暗黒物質探査のさらなる検討を進め、複数の共同研究者との議論を開始した。
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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
サブハローのモデルを反映してフェルミ衛星のデータを解析し、フェルミコラボレーションのカテゴリII.5論文として出版した。巨大質量ブラックホールの起源モデルに対する制限についての論文も投稿済みであり、共同研究者間での議論のもと改稿を進めている。インフレーション模型への適用を見据えたコード実装も着実に進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現実的なインフレーションモデルのパワースペクトルを出発点としたハロー個数分布の計算の実装を進める。本事例において、これまで開発を進めてきた拡張プレスシェヒター理論によるアプローチが可能であることがここまでの計算で確かめられたが、実装にあたって詳細な場合分けが生じており、この物理的解釈について共同研究者と継続的にオンラインミーティングを開催する。必要に応じて国内及び海外の共同研究者を訪問し、研究の完成を目指す。成果を年度内に学会発表する。
これまでの事業の進展で着想を得たブラックホールと暗黒物質ハローの共進化についても研究を進める。ブラックホールの生成とハローの個数分布の対応付についてはすでに示唆が得られているが、ブラックホールの成長部分におけるハローの効果がまだ取り込めていないため、共同研究者と議論しながらこれを実装する。
暗黒物質の階層構造として現在の宇宙で残存するサブハロー、特に天の川銀河のサブハロー中の矮小楕円銀河はガンマ線等による間接探査の重要な観測対象となるため、これらを活用した暗黒物質探査を引き続き進める。具体的にはハロー形状及び装置の特性を反映し、これまでにない現実的な制限を引き出すことを目標とする。このプロジェクトについても関連研究者と継続的に議論を行う。オンラインに加えて、国内での対面での研究打ち合わせを実現する。進展が見込めればより多くの関連研究者で集合し、研究会形式でのミーティングも検討する。
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