広帯域電波観測による銀河の３次元構造の解明と宇宙論的磁場の検出

• 研究課題/領域番号: 16H05999
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 天文学
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 高橋 慶太郎 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 准教授 (80547547)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 21,840千円 (直接経費: 16,800千円、間接経費: 5,040千円); 2019年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2018年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2017年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2016年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: 宇宙磁場 / 電波天文学 / 銀河 / SKA / ファラデートモグラフィ / 宇宙再電離 / 21cm線 / 宇宙物理 / パルサー / 宇宙論

研究成果の概要

広帯域の偏波観測データの解析手法で宇宙電波の解明に役立つと期待されるファラデートモグラフィについての研究を行った。まずこれまで開発してきたRM CLEANやQU-fitなどのソフトウェアの性能評価をするために、シミュレーションによって擬似データを作成し、模擬的なデータ解析を行った。また乱流磁場と一様磁場を組み合わせた銀河磁場モデル、そして熱的電子や宇宙線電子の分布の簡単なモデルを用いて銀河のファラデー分散関数を予言した。そしてスパースモデリングの手法を取り入れたファラデートモグラフィの新たなアルゴリズムの開発を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

電波望遠鏡の広帯域化が進んでいく中で、ファラデートモグラフィは今後の偏波解析のスタンダードになっていくと考えられる。本研究で開発したソフトウェアや蓄積したノウハウは宇宙磁場研究にブレイクスルーをもたらし、そのまま将来の大型電波望遠鏡SKAや他の広帯域電波望遠鏡にも適用可能で、本研究は今後10年スケールの長期的な将来性がある。またソフトウェアの開発には多くの大学院生が関わってきており、国際的に活躍できる電波天文学者を育成し国際研究者ネットワークを構築するのに非常に効果的なプロジェクトであった。

研究成果

• [国際共同研究] CSIRO/カーティン大学/メルボルン大学(オーストラリア)
• [国際共同研究] CSIRO/メルボルン大学/カーティン大学(オーストラリア)
• [国際共同研究] ハンブルグ大学(ドイツ)
• [国際共同研究] メルボルン大学/カーティン大学/CSIRO(オーストラリア)
• [国際共同研究] メルボルン大学/CSIRO/カーティン大学(オーストラリア)
• [雑誌論文] Faraday Dispersion Function of Disk Galaxies with Axisymmetric Global Magnetic Fields. I. (2020)
  • 著者名/発表者名: Eguchi, Haruya; Suzuki, Masaki; Miyashita, Yoshimitsu; Ideguchi, Shinsuke; Takahashi, Keitaro
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 899 号: 2 ページ: 122-122
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab9f9e
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An iterative reconstruction algorithm for Faraday tomography (2020)
  • 著者名/発表者名: Cooray Suchetha、Takeuchi Tsutomu T、Akahori Takuya、Miyashita Yoshimitsu、Ideguchi Shinsuke、Takahashi Keitaro、Ichiki Kiyotomo
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 500 号: 4 ページ: 5129-5141
  • DOI: 10.1093/mnras/staa3580
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Detailed study of detection method for ultralow frequency gravitational waves with pulsar spin-down rate statistics (2019)
  • 著者名/発表者名: Hisano Shinnosuke、Yonemaru Naoyuki、Kumamoto Hiroki、Takahashi Keitaro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 487 号: 1 ページ: 97-103
  • DOI: 10.1093/mnras/stz1285
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Constraints on ultra-low-frequency gravitational waves with statistics of pulsar spin-down rates (2019)
  • 著者名/発表者名: Kumamoto Hiroki、Imasato Yuya、Yonemaru Naoyuki、Kuroyanagi Sachiko、Takahashi Keitaro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 489 号: 3 ページ: 3547-3552
  • DOI: 10.1093/mnras/stz2321
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The intergalactic magnetic field probed by a giant radio galaxy (2019)
  • 著者名/発表者名: O’Sullivan S. P.、... Takahashi K.（30名中24番目）
  • 雑誌名: Astronomy & Astrophysics 巻: 622 ページ: A16-A16
  • DOI: 10.1051/0004-6361/201833832
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sensitivity of new detection method for ultra-low frequency gravitational waves with pulsar spin-down rate statistics (2018)
  • 著者名/発表者名: Yonemaru Naoyuki、Kumamoto Hiroki、Takahashi Keitaro、Kuroyanagi Sachiko
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 478 号: 2 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1093/mnras/sty976
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detectability of 21 cm-signal during the Epoch of Reionization with 21-cm-Lyman-α emitter cross-correlation II: Foreground contamination (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiura S、Line J L B、Kubota K、Hasegawa K、Takahashi K
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 479 号: 2 ページ: 2767-2776
  • DOI: 10.1093/mnras/sty1472
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Detectability of the 21-cm signal during the epoch of reionization with 21-cm Lyman α emitter cross-correlation I (2018)
  • 著者名/発表者名: Kubota Kenji、Yoshiura Shintaro、Takahashi Keitaro、Hasegawa Kenji、Yajima Hidenobu、Ouchi Masami、Pindor B、Webster R L
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 479 号: 2 ページ: 2754-2766
  • DOI: 10.1093/mnras/sty1471
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of EDGES 21-cm global signal on the primordial power spectrum (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiura, Shintaro and Takahashi, Keitaro and Takahashi, Tomo
  • 雑誌名: Physical Reivew D 巻: 98 号: 6 ページ: 63529-63529
  • DOI: 10.1103/physrevd.98.063529
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optimum frequency of Faraday tomography to explore the intergalactic magnetic field in filaments of galaxies (2018)
  • 著者名/発表者名: Akahori Takuya、Ideguchi Shinsuke、Aoki Takahiro、Takefuji Kazuhiro、Ujihara Hideki、Takahashi Keitaro
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: 6 ページ: 115-115
  • DOI: 10.1093/pasj/psy124
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Performance test of QU-fitting in cosmic magnetism study (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyashita Yoshimitsu、Ideguchi Shinsuke、Nakagawa Shouta、Akahori Takuya、Takahashi Keitaro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 482 号: 2 ページ: 2739-2749
  • DOI: 10.1093/mnras/sty2862
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Study of systematics effects on the cross power spectrum of 21?cm line and cosmic microwave background using Murchison Widefield Array data (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiura S、Ichiki K、Pindor B、Takahashi K、Tashiro H、Trott C M
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 483 号: 2 ページ: 2697-2711
  • DOI: 10.1093/mnras/sty3248
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The variance of dispersion measure of high-redshift transient objects as a probe of ionized bubble size during reionization (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshiura Shintaro、Takahashi Keitaro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 473 号: 2 ページ: 1570-1575
  • DOI: 10.1093/mnras/stx2462
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Constraining the epoch-of-reionization model parameters with the 21-cm bispectrum (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayato Shimabukuro, Shintaro Yoshiura, Keitaro Takahashi, Shuichiro Yokoyama, Kiyotomo Ichiki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 468 号: 2 ページ: 1542-1550
  • DOI: 10.1093/mnras/stx530
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Study of the Vertical Magnetic Field in Face-on Galaxies Using Faraday Tomography (2017)
  • 著者名/発表者名: Ideguchi Shinsuke、Tashiro Yuichi、Akahori Takuya、Takahashi Keitaro、Ryu Dongsu
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 843 号: 2 ページ: 146-146
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aa79a1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraining the contribution of galaxies and active galactic nuclei to cosmic reionization (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiura Shintaro、Hasegawa Kenji、Ichiki Kiyotomo、Tashiro Hiroyuki、Shimabukuro Hayato、Takahashi Keitaro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 471 号: 3 ページ: 3713-3726
  • DOI: 10.1093/mnras/stx1754
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cosmic magnetism in centimeter- and meter-wavelength radio astronomy (2017)
  • 著者名/発表者名: Akahori Takuya、Nakanishi Hiroyuki、Sofue Yoshiaki、Fujita Yutaka、Ichiki Kiyotomo、Ideguchi Shinsuke、Kameya Osamu、Kudoh Takahiro、Kudoh Yuki、Machida Mami、Miyashita Yoshimitsu、Ohno Hiroshi、Ozawa Takeaki、Takahashi Keitaro、Takizawa Motokazu、Yamazaki Dai G
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: 1 ページ: 1-44
  • DOI: 10.1093/pasj/psx123
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Performance test of RM CLEAN and its evaluation with chi-square value (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyashita, S. Ideguchi, K. Takahashi
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 68 号: 3 ページ: 44-44
  • DOI: 10.1093/pasj/psw039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Probing primordial non-Gaussianity consistency relation with galaxy surveys (2016)
  • 著者名/発表者名: D. Yamauchi, K. Takahashi
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 93 号: 12 ページ: 123506-123506
  • DOI: 10.1103/physrevd.93.123506
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Expected constraints on models of the epoch of reionization with the variance and skewness in redshifted 21cm-line fluctuations (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kubota, S. Yoshiura, H. Shimabukuro, K. Takahashi
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 68 号: 4 ページ: 61-61
  • DOI: 10.1093/pasj/psw059
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rapid merger of binary primordial black holes: An implication for GW150914 (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Hayasaki, K. Takahashi, Y. Sendouda, S. Nagataki
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 68 号: 4 ページ: 66-66
  • DOI: 10.1093/pasj/psw065
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Gravitational Wave Detection with Pulsar Timing Array (2020)
  • 著者名/発表者名: Keitaro Takahashi
  • 学会等名: KEK-PH + KEK-Cosmo Gravitational Wave
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Gravitational Wave Detection with Pulsar Timing Array (2019)
  • 著者名/発表者名: Keitaro Takahashi
  • 学会等名: East Asia SKA Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] 「Pulsar studies in SKA Japan」 (2019)
  • 著者名/発表者名: Keitaro Takahashi
  • 学会等名: Asia SKA Initiative On NS Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 「Toward the Detection of Cosmological HI 21cm line Emission」 (2019)
  • 著者名/発表者名: Keitaro Takahashi
  • 学会等名: 「加速宇宙」シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 「Pulsar Timing Array」 (2019)
  • 著者名/発表者名: Keitaro Takahashi
  • 学会等名: RESCEU workshop on Space Gravitational Wave Detection
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 「次世代低周波電波望遠鏡Square Kilometre Array」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋慶太郎
  • 学会等名: 電子情報通信学会アンテナ・伝搬研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 「SKAとVLBIによるパルサー研究の未来」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋慶太郎
  • 学会等名: VLBI懇談会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 「機械学習によるパルサーサーチ」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高橋慶太郎
  • 学会等名: 宇宙電波懇談会シンポジウム
• [学会発表] Scientific activities in the Japanese consortium (2017)
  • 著者名/発表者名: Keitaro Takahashi
  • 学会等名: MWA Project Meeting（イタリア・パドヴァ）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 中性水素21cm線で探る初代天体と宇宙再電離 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋慶太郎
  • 学会等名: 日本物理学会シンポジウム（宇都宮大学）
  • 招待講演
• [学会発表] 次世代電波望遠鏡SKAによるパルサー研究の将来 (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋慶太郎
  • 学会等名: 中性子星の観測と理論～研究活性化ワークショップ2017（国立天文台）
  • 招待講演