銀河団の弱重力レンズ効果の精密測定によるニュートリノ質量とダークエネルギーの研究

• 研究課題/領域番号: 17J00658
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(理論)
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 村田 龍馬 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2017-04-26 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 銀河団 / ダークマター / 宇宙の大規模構造 / 弱い重力レンズ効果 / すばる望遠鏡 / Hyper Suprime-Cam(HSC) / 観測的宇宙論 / ダークエネルギー / Hyper Suprime-Cam (HSC) / 重力レンズ効果 / スローン・ディジタル・スカイ・サーベイ / ニュートリノ質量

研究実績の概要

本年度は、すばる望遠鏡のHSCから検出された銀河団の、跳ね返り半径（splashback radius）の研究に取り組んだ。筆頭著者として、成果を論文にまとめ、PASJに投稿し受理された。6年前に、高解像度シミュレーションから、銀河団に対応するダークマターハローにおける微分係数の極値から定義される密度が急激に変化する半径が、ダークマターなどの物質が典型的に脱出できない物理的半径に対応することが指摘され、跳ね返り半径と名付けられた。5年前から、他の望遠鏡であるSDSSとDESから測定された銀河団の跳ね返り半径は、弱重力レンズ信号の大きさと標準ΛCDM宇宙論モデルからの予測値より有意に20%ほど小さいことが知られていた。そのため、この数年間、標準モデルを超えた、自己相互作用するダークマターや修正重力理論、ダークエネルギーの性質で説明しようとする研究が盛んに行われてきた。私は、私の前年度の研究成果である弱重力レンズ効果による銀河団質量の測定結果を用い、すばる望遠鏡から検出された銀河団の跳ね返り半径を測定し予測値と比べた。すばる望遠鏡の深いデータによって、従来の研究成果より遠くの銀河団の跳ね返り半径への制限を加えた。しかし、従来研究とは異なり、本研究で測定された跳ね返り半径は、標準モデルの予測値と良い精度で一致した。SDSSとDESで使われていた銀河団検出アルゴリズムは、HSCで使われているものと異なるため、これらの違いが影響している可能性があった。そのため、私は、シミュレーション上に模擬銀河サンプルを作成し、新しく開発した手法で観測における系統誤差を調べたところ、従来研究における20%のずれは、観測の系統誤差で説明できることを世界で初めて示すことに成功した。つまり、跳ね返り半径の観測データは、標準ΛCDM宇宙論モデルの範囲で十分に説明できることを、世界で初めて示すことに成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Inter-University Center(インド)
• [国際共同研究] Carnegie Mellon University(米国)
• [国際共同研究] Academia Sinica(その他の国・地域)
• [国際共同研究] Carnegie Mellon University/Princeton University/University of California Santa Cruz(米国)
• [国際共同研究] The Inter-University Center(インド)
• [国際共同研究] Academia Sinica Institute(台湾)
• [雑誌論文] The splashback radius of optically selected clusters with Subaru HSC Second Public Data Release (2020)
  • 著者名/発表者名: Murata Ryoma、Sunayama Tomomi、Oguri Masamune、More Surhud、Nishizawa Atsushi J、Nishimichi Takahiro、Osato Ken
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: － 号: 4 ページ: 64-64
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa041
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Richness-to-Mass Relation of CAMIRA Galaxy Clusters from Weak-lensing Magnification in the Subaru Hyper Suprime-Cam Survey (2020)
  • 著者名/発表者名: Chiu I-Non、Umetsu Keiichi、Murata Ryoma、Medezinski Elinor、Oguri Masamune
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: -
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Mass-Richness Relation of Optically-Selected Clusters from Weak Gravitational Lensing and Abundance with Subaru HSC First-Year Data (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryoma Murata, Masamune Oguri, et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 71 号: 5 ページ: 107-107
  • DOI: 10.1093/pasj/psz092
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dark Quest. I. Fast and Accurate Emulation of Halo Clustering Statistics and Its Application to Galaxy Clustering (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishimichi Takahiro、Takada Masahiro、Takahashi Ryuichi、Osato Ken、Shirasaki Masato、Oogi Taira、Miyatake Hironao、Oguri Masamune、Murata Ryoma、Kobayashi Yosuke、Yoshida Naoki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 884 号: 1 ページ: 29-29
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab3719
  • NAID: 120006997064
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cosmology from cosmic shear power spectra with Subaru Hyper Suprime-Cam first-year data (2019)
  • 著者名/発表者名: Hikage Chiaki、Oguri Masamune、et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 印刷中 号: 2 ページ: 43-43
  • DOI: 10.1093/pasj/psz010
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Weak-lensing Mass Calibration of ACTPol Sunyaev-Zel'dovich Clusters with the Hyper Suprime-Cam Survey (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyatake Hironao、Battaglia Nicholas、Hilton Matt et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 875 号: 1 ページ: 63-63
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab0af0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Weak lensing shear calibration with simulations of the HSC survey (2018)
  • 著者名/発表者名: Mandelbaum Rachel、Lanusse Francois、Leauthaud Alexie、Armstrong Robert、Simet Melanie、Miyatake Hironao、Meyers Joshua E、Bosch James、Murata Ryoma、Miyazaki Satoshi、Tanaka Masayuki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 481 号: 3 ページ: 3170-3195
  • DOI: 10.1093/mnras/sty2420
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraints on the Mass?Richness Relation from the Abundance and Weak Lensing of SDSS Clusters (2018)
  • 著者名/発表者名: Murata Ryoma、Nishimichi Takahiro、Takada Masahiro、Miyatake Hironao、Shirasaki Masato、More Surhud、Takahashi Ryuichi、Osato Ken
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 854 号: 2 ページ: 120-120
  • DOI: 10.3847/1538-4357/aaaab8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Hyper Suprime-Cam SSP Survey: Overview and survey design (2018)
  • 著者名/発表者名: Aihara Hiroaki、Arimoto Nobuo、Armstrong Robert、 et al. (including Imanishi M.)
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: SP1 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1093/pasj/psx066
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Hyper Suprime-Cam software pipeline (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Bosch, R. Armstrong, S. Bickerton, H. Furusawa, H. Ikeda, M. Koike, R. Lupton, S. Mineo et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: SP1 ページ: 1-40
  • DOI: 10.1093/pasj/psx080
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Source selection for cluster weak lensing measurements in the Hyper Suprime-Cam survey (2018)
  • 著者名/発表者名: E. Medezinski, M. Oguri, A. J. Nishizawa, J. S. Speagle, H. Miyatake, K. Umetsu, A. Leauthaud, R. Murata, R. Mandelbaum, M. A. Strauss, S. Huang, M. Simet, N. Okabe, M. Tanaka et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: 2 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1093/pasj/psy009
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Characterization and photometric performance of the Hyper Suprime-Cam Software Pipeline (2017)
  • 著者名/発表者名: Huang Song、Leauthaud Alexie、Murata Ryoma、Bosch James、Price Paul、Lupton Robert、Mandelbaum Rachel、Lackner Claire、Bickerton Steven、Miyazaki Satoshi、Coupon Jean、Tanaka Masayuki
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: SP1
  • DOI: 10.1093/pasj/psx126
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The first-year shear catalog of the Subaru Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program Survey (2017)
  • 著者名/発表者名: Mandelbaum Rachel、Miyatake Hironao、Hamana Takashi、et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 70 号: SP1 ページ: 1-43
  • DOI: 10.1093/pasj/psx130
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Constraining mass-richness relation of HSC CAMIRA clusters with weak gravitational lensing and abundance measurements (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryoma Murata
  • 学会等名: Panchromatic Panoramic Studies of Galaxy Clusters: from HSC to PFS and ULTIMATE
  • 国際学会
• [学会発表] すばるHSC銀河団カタログの弱重力レンズ効果による可視光観測量と銀河団質量の関係の導出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村田龍馬
  • 学会等名: 春季日本天文学会
• [学会発表] SDSS・すばるHSC銀河団カタログの弱重力レンズ効果による可視光観測量と銀河団質量の関係の導出 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村田龍馬
  • 学会等名: 秋季日本天文学会