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すばる望遠鏡大規模分光観測と矮小銀河動力学解析から迫る暗黒物質の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18J00277
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

林 航平  東京大学, 東京大学宇宙線研究所, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード暗黒物質 / 銀河系矮小銀河 / すばる望遠鏡 / 冷たい暗黒物質理論 / すばる広視野多天体分光器
研究実績の概要

銀河系矮小銀河は暗黒物質が支配的な恒星系であるため、銀河を構成する星々は暗黒物質の重力ポテンシャルに従って運動している。よって、矮小銀河の恒星の動力学解析から暗黒物質分布を調べることができる。この分布は暗黒物質理論によってその振る舞いが異なることが知られている。つまり矮小銀河動力学解析から暗黒物質理論に対して、宇宙物理学的側面から制限を与えることが可能である。このような背景から本研究で注目したのが自己相互作用する暗黒物質(SIDM)理論である。SIDM理論は暗黒物質粒子同士の相互作用の強さによって、暗黒物質ハローの中心部構造が変わると予言されている。
本研究では、非常に暗く小さな矮小銀河(ultra-faint dwarf; UFD)に焦点をあて、その動力学解析から暗黒物質分布を制限することで、SIDM理論の相互作用の強さを調べた。その結果、相互作用の強さが先行研究で得られていた値よりも一桁以上小さいことがわかった。これはSIDM理論に対して最も強い観測的制限である。また、得られた制限の値は、現在のSIDM理論では説明できないほど小さく、この理論の問題点を指摘することができた。
2023年から観測が開始されるすばる広視野多天体分光器(PFS)では、銀河系矮小銀河の観測がメインサイエンスの1つとなっている。本研究ではPFS観測開始に向け、模擬データを用いた矮小銀河暗黒物質分布の決定精度について詳細な研究を行っている。カリフォルニア工科大学とジョンズ・ホプキンス大学の共同研究者の協力の下、コンタミネーションや観測的不定性を含めたより現実的な模擬データの作成に成功した。現在このデータを用いた詳細な動力学解析を行っており、PFS1視野の観測では暗黒物質分布を制限することは難しいことがわかった。更に解析を進め、少なくとも何視野以上必要なのか、その定量的評価を継続して行う。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (49件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 11件、 査読あり 16件、 オープンアクセス 13件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 11件、 招待講演 3件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] ジョンズ・ホプキンス大学/カリフォルニア工科大学(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] クルチャトフ研究所(ロシア連邦)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] ジョンズ・ホプキンス大学/カリフォルニア工科大学(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] 中国科学院国家天文台(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] カリフォルニア工科大学/ジョンズ・ホプキンス大学(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] 中国科学院国家天文台(中国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] N-body Self-consistent Stellar-halo Modeling of the Fornax Dwarf Galaxy2021

    • 著者名/発表者名
      Shchelkanova Galina、Hayashi Kohei、Blinnikov Sergei
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 909 号: 2 ページ: 147-147

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abdd24

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Narrowing the mass range of Fuzzy Dark Matter with Ultra-faint Dwarfs2021

    • 著者名/発表者名
      K. Hayashi, E G. M. Ferreira, Jowett Hei Yin Chan
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: -

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Sensitivity of the Cherenkov Telescope Array for probing cosmology and fundamental physics with gamma-ray propagation2021

    • 著者名/発表者名
      H. Abdalla et al
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2021 号: 02 ページ: 048-048

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2021/02/048

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Constraining Primordial Black Holes with Dwarf Galaxy Heating2021

    • 著者名/発表者名
      Lu Philip、Takhistov Volodymyr、Gelmini Graciela B.、Hayashi Kohei、Inoue Yoshiyuki、Kusenko Alexander
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 908 号: 2 ページ: L23-L23

    • DOI

      10.3847/2041-8213/abdcb6

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Probing dark matter self-interaction with ultrafaint dwarf galaxies2021

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Kohei、Ibe Masahiro、Kobayashi Shin、Nakayama Yuhei、Shirai Satoshi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 103 号: 2 ページ: 023017-023017

    • DOI

      10.1103/physrevd.103.023017

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] J-factor estimation of Draco, Sculptor, and Ursa Minor dwarf spheroidal galaxies with the member/foreground mixture model2020

    • 著者名/発表者名
      Horigome Shun-ichi、Hayashi Kohei、Ibe Masahiro、Ishigaki Miho N、Matsumoto Shigeki、Sugai Hajime
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 499 号: 3 ページ: 3320-3337

    • DOI

      10.1093/mnras/staa2909

    • NAID

      130008157053

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diversity of Dark Matter Density Profiles in the Galactic Dwarf Spheroidal Satellites2020

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Kohei、Chiba Masashi、Ishiyama Tomoaki
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 904 号: 1 ページ: 45-63

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abbe0a

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Formation of massive globular clusters with dark matter and its implication on dark matter annihilation2020

    • 著者名/発表者名
      Wirth Henriette、Bekki Kenji、Hayashi Kohei
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters

      巻: 496 号: 1 ページ: L70-L74

    • DOI

      10.1093/mnrasl/slaa089

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] J-factor estimation of Draco, Sculptor and Ursa Minor dwarf spheroidal galaxies with the member/foreground mixture model2020

    • 著者名/発表者名
      S. Horigome, K. Hayashi, M. Ibe, M N. Ishigaki, S. Matsumoto, and H. Sugai
    • 雑誌名

      Astro-ph

      巻: -

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Non-sphericity of ultralight-axion dark matter haloes in the Galactic dwarf spheroidal galaxies2020

    • 著者名/発表者名
      K. Hayashi, and I. Obata
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 491 ページ: 615-633

    • DOI

      10.1093/mnras/stz2950

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Constraining dark matter annihilation with HSC low surface brightness galaxies2020

    • 著者名/発表者名
      Hashimoto Daiki、Macias Oscar、Nishizawa Atsushi J.、Hayashi Kohei、Takada Masahiro、Shirasaki Masato、Ando Shin'ichiro
    • 雑誌名

      Journal of Cosmology and Astroparticle Physics

      巻: 2020 号: 01 ページ: 059-059

    • DOI

      10.1088/1475-7516/2020/01/059

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Botes. IV. A new Milky Way satellite discovered in the Subaru Hyper Suprime-Cam Survey and implications for the missing satellite problem2019

    • 著者名/発表者名
      Homma Daisuke、Chiba Masashi、Komiyama Yutaka、Tanaka Masayuki、Okamoto Sakurako、Tanaka Mikito、Ishigaki Miho N、Hayashi Kohei、Arimoto Nobuo、Carlsten Scott G、Lupton Robert H、Strauss Michael A、Miyazaki Satoshi、Torrealba Gabriel、Wang Shiang-Yu、Murayama Hitoshi
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 71 号: 5 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1093/pasj/psz076

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The stellar halo of the Milky Way traced by blue horizontal-branch stars in the Subaru Hyper Suprime-Cam Survey2019

    • 著者名/発表者名
      Fukushima Tetsuya、Chiba Masashi、Tanaka Mikito、Hayashi Kohei、Homma Daisuke、Okamoto Sakurako、Komiyama Yutaka、Tanaka Masayuki、Arimoto Nobuo、Matsuno Tadafumi
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 71 号: 4 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1093/pasj/psz052

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Non-sphericity of ultra-light axion dark matter halos in the Galactic dwarf spheroidal galaxies2019

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Kohei、Ippei Obata
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: -

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of mass models on dynamical mass estimate: the case of ultradiffuse galaxy NGC 1052-DF22018

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Kohei、Inoue Shigeki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters

      巻: 481 号: 1 ページ: L59-L63

    • DOI

      10.1093/mnrasl/sly162

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dark halo structure in the Carina dwarf spheroidal galaxy: joint analysis of multiple stellar components2018

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Kohei、Fabrizio Michele、Lokas Ewa L、Bono Giuseppe、Monelli Matteo、Dall’Ora Massimo、Stetson Peter B
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 481 号: 1 ページ: 250-261

    • DOI

      10.1093/mnras/sty2296

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The Missing Satellite Problem Outside of the Local Group. I. Pilot Observation2018

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Masayuki、Chiba Masashi、Hayashi Kohei、Komiyama Yutaka、Okamoto Takashi、Cooper Andrew P.、Okamoto Sakurako、Spitler Lee
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 865 号: 2 ページ: 125-125

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aad9fe

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Foreground effect on the J-factor estimation of ultrafaint dwarf spheroidal galaxies2018

    • 著者名/発表者名
      Ichikawa, K., Horigome, S., Ishigaki, M. N., Matsumoto, S., Ibe, M., Sugai, H., Hayashi, K.
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 479 号: 1 ページ: 64-74

    • DOI

      10.1093/mnras/sty1387

    • NAID

      130008148664

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 銀河系矮小銀河ダークマター密度分布の多様性2021

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      日本天文学会2021年春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Non-spherical dark halo structures and J-factor mapping for the Galactic dwarf spheroidals2020

    • 著者名/発表者名
      Kohei Hayashi
    • 学会等名
      KEK-Cosmo Joint Lectures and Workshop on “Dark Matter”
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超低輝度矮小銀河を用いたSelf-interacting dark matter への制限2020

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      第9回観測的宇宙論ワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Milky Way science with HSC Northern-hemisphere Ultra Wide Survey2020

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      Euclid衛星とすばる望遠鏡のシナジー
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 銀河系矮小銀河を用いたultra-light axion dark matterへの制限2020

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      日本天文学会2020年春季年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Diversity of the central dark matter densities in the Galactic dwarf spheroidals2020

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      Cosmic Acceleration
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pseudo phase space density of dark matter halos in the dwarf spheroidals2019

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      6th Galaxy Evolution Workshop
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] PFS, WFIRST, CTAのシナジーで迫る銀河系矮小銀河ダークマター研究の将来展望2019

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      我が国の(近)赤外線広視野観測サイエンスの戦略と展望
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 銀河系矮小銀河コアカスプ問題の再検討2019

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      第8回観測的宇宙論ワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Galactic Archaeology: Unveiling the nature of dark matter2019

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      Berkeley Week
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Ultralight axion dark matter and small-scale problem2019

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      Two-day workshop: Axion Cosmology
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dark matter distributions in the Galactic dwarf spheroidal galaxies2019

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP) 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Diversity of dark matter distributions in the Galactic dwarf satellites2019

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      Subaru International Conference “Subaru Telescope 20th Anniversary”
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dark matter in dwarf galaxies in the Subaru-PFS era2019

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      Subaru International Conference “Subaru Telescope 20th Anniversary”
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dark matter density profiles in the classical dwarf spheroidal galaxies in Milky Way2019

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      新学術シンポジウム「なぜ宇宙は加速するのか?-徹底的究明と将来への挑戦-」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Non-sphericity of ultralight axion dark matter halos in the Galactic dwarf satellites2019

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      Accelerating Universe in the Dark
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 銀河系矮小銀河の観測的不定性を考慮した暗黒物質分布推定2018

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      日本天文学会2018年秋季年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Dark halo structures and star formation histories of the Galactic dwarf spheroidals2018

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      Workshop in Galactic Archaeology with LAMOST and Subaru
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] The universal dark halo scaling relation for the dwarf satellites2018

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      第5回銀河進化研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Effects of mass models on dynamical mass estimate: the case for ultra diffuse galaxy NGC1052-DF22018

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      日本天文学会2018年秋季年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Universal dark halo scaling relation for the dwarf spheroidal galaxies2018

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      The 8th KIAS workshop on cosmology and structure formation
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] PFS survey simulations for GA targets2018

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      The PFS 10th General Collaboration Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Update on the PFS-DSPH2018

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      PFS Science Working Group meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Robust estimate of dark matter distributions in the Galactic dwarf spheroidals2018

    • 著者名/発表者名
      林航平
    • 学会等名
      TeV Particle Astrophysics 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会・シンポジウム開催] Dark Matter Searches in the 2020s - At the crossroads of WIMP2019

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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