| 研究課題/領域番号 |
21H04467
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
杉山 直 名古屋大学, 理学研究科, 総長 (70222057)
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| 研究分担者 |
市來 淨與 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (10534480)
大内 正己 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (40595716)
高橋 慶太郎 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (80547547)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)
2025年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2024年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2023年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2022年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
2021年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
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| キーワード | 宇宙再電離 / 最初期星形成 / 構造形成 / 21㎝線放射 / 21cm線放射 / 宇宙磁場 / 初代天体 / 宇宙論 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
宇宙では誕生後およそ１億年頃に、最初の星が誕生したと考えられている。しかし未だこの最初の星を直接観測した例はなく、この「宇宙の夜明け」の時期に、どのように宇宙全体に星や銀河が誕生していったのか、その詳細については全くわかっていない。本研究計画では、宇宙に漂う水素を主な成分としたガスが、最初に誕生した星々からの紫外線によって電離（プラズマ化）する過程を、電波観測によって観測することで、宇宙の夜明けの解明に迫る。具体的には、オーストラリアにある電波望遠鏡群MWAを用い、水素が出したり吸収したりする電波を観測し、その結果を数値シミュレーションと比較することで、宇宙の夜明けの物理過程を明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
昨年度に作成したLyα emitterのサンプルから光度関数と角度相関関数を求めて、赤方偏移6-7における中性水素割合を求め、宇宙再電離史を探った。その結果、中性水素割合が赤方偏移7程度で大きく変化していることが分かり、宇宙再電離は遅い再電離であり、急激に進んだ可能性を指摘した(Umeda et al., ApJS 2025)。さらに、これらのLyα emitterに対する、すばるPFSによる分光探査を2025年3月から開始した。
昨年度から引き続き低周波電波望遠鏡MWAで宇宙再電離期の中性水素21cmの検出を試みている。特にRFIなどの雑音や前景放射の除去、較正手法の研究開発を行った。さらに電波望遠鏡を用いたパルサータイミングアレイによる背景重力波のデータから超巨大ブラックホールのモデルに対する制限を行った（EPTA & InPTA, A&A, 2024）。
将来の21cm forest観測を想定したCDMサブストラクチャーの影響を見積もりについて、流体数値計算をもちいて、ガスの加熱、ラム圧や力学摩擦によるガスの剥ぎ取り効果など詳細について計算を行った詳細を論文として出版した(Naruse et al., JCAP10(2024)091)。続いてオーストラリアメルボルン大学の研究者と、宇宙再電離期の小スケールと大スケールを合わせたハイブリッド模擬データ作成を作成しており、視線方向の吸収線系シミュレーションのプレリミナリな結果が得られつつある。初代星の性質を取り込んだ21cmFASTを改良したシミュレーションで計算した21㎝グローバルシグナルの前景放射を考慮したフィッシャー解析を行い、初代星質量や星形成率が将来のSKAのような観測で制限できることが分かった(Ukai et al., in progress)。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
宇宙再電離期の観測的研究、MWA観測に関連した前景放射除去の研究、初代星の性質に関する理論的なモデリングともに進展があり、研究は概ね順調に進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度得られた結果とMWAデータを比較することに加え、すばるPFS分光探査を進め、これまで得られた測定値の系統誤差の軽減を図る。
電波干渉や較正誤差を補正するソフトウェアを開発し、MWAのデータに適用して21cm power spectrumに対するより強い制限を得る。
メルボルン大学の人たちと21cm forestモックデータ作成に取り組む。初代星の性質を取り込んだ21cmFASTを改良したシミュレーションのグローバルシグナルおよびパワースペクトルの統計解析を行う。
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