革新的画像解析法を用いた銀河のイメージング解析

• 研究課題/領域番号: 21K03625
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分16010:天文学関連
• 研究機関: 岐阜聖徳学園大学 (2022-2023); 名古屋大学 (2021)
• 研究代表者: 西澤 淳 岐阜聖徳学園大学, DX推進センター, 准教授 (70402435)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 機械学習 / 銀河 / 赤方偏移 / 宇宙論解析 / 銀河進化 / 画像解析 / 銀河団 / 銀河形態分類 / 測光的赤方偏移

研究開始時の研究の概要

本研究では、機械学習を用いた画像解析により、銀河イメージング観測で得られた画像情報をもとに、銀河までの距離推定を行うことを目的としている。
通常機械学習では入力画像データのどのような特徴に反応して結果を返すのかその構造が明確でない場合が多いが、本研究により銀河画像の特徴的な構造を洗い出すことで、銀河の距離決定に、ひいては銀河全体を特徴づける物理量を明確化する。
このことによって、これまでにない新しい指標に基づいた銀河形態学を展開する。

研究実績の概要

本年度は、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)の技術を応用し、宇宙論モデルの検証を行う研究を行なった。これまでのCNNを組み合わせて、異なる赤方偏移（時刻）の情報を同時に取り入れることにより、より高度な情報を取り出すことを示した。
また、宇宙論的数値流体シミュレーションを用いて様々な天体物理学的な効果が、どの程度観測量である中性水素が放出（吸収）する21cm線の信号に影響するかを定量的に検証した。その結果、宇宙最電離を起こす紫外光の背景光の強度のモデルの違いが最も顕著に影響を及ぼすことを突き止め、それらがどの程度暖かいダークマターの質量推定に影響を及ぼすかを検証した。
得られた結果は、論文雑誌に投稿し掲載が確定している。
また一方で銀河の赤方偏移推定に関しては、機械学習的な推定法に加えて、ターゲットとなる銀河と、すでに赤方偏移が判明している銀河との空間的な相互相関を取ることによりターゲットの銀河の赤方偏移分布を推定することで、より堅牢な推定を行うことに成功した。得られた成果は論文雑誌に投稿し、掲載されている。また本技術を応用した宇宙論解析の結果も論文として出版された。
本年度は、合計11報の投稿論文と、5件の研究会発表を行なっている。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

大学院生等との共同研究により、機械学習に関する研究、方法論の開発が非常に効率的に進捗した。一方でHSCの最終データリリースに時間を要しており、未だデータが利用できない状況である。この点については、現在利用できる画像データ等を用いて準備を進めているところである。すでに一報の論文を投稿準備中であるが、未だ投稿には至っていない。

今後の研究の推進方策

現在作成中の投稿論文を完成させるとともに、銀河の赤方偏移推定の方法論の論文を速やかに出版し、同時にHSC最終データに備えたパイプラインの開発を行う。
パイプラインには、現在開発中のブレンド天体を分離する方法、分離した銀河のそれぞれの赤方偏移を推定する方法が含まれる。
データリリースが行われたら、これまで準備してきたパイプラインにデータを適用する。

研究成果

• [国際共同研究] Princeton University/Carnegie Mellon University/UC Berkley(米国)
• [国際共同研究] ASIAA, Taiwan(その他の国・地域)
• [国際共同研究] Princeton University/Carnegie Mellon University/UC Berkley(米国)
• [国際共同研究] ASIAA, Taiwan/Taiwan National University/National Tsing Hua University(その他の国・地域)
• [国際共同研究] INAF(イタリア)
• [国際共同研究] CNRS/University of Paris(フランス)
• [国際共同研究] University of Tronto(カナダ)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] Impact of astrophysical effects on the dark matter mass constraint with 21 cm intensity mapping (2024)
  • 著者名/発表者名: Murakami Koya, Nishizawa Atsushi J., Nagamine Kentaro, Shimizu Ikko
  • 雑誌名: MNRAS 巻: 530 号: 2 ページ: 2-2
  • DOI: 10.1093/mnras/stae945
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Line-of-sight structure of troughs identified in <i>Subaru</i> Hyper Suprime-Cam Year 3 weak lensing mass maps (2023)
  • 著者名/発表者名: Shimasue Takumi、Osato Ken、Oguri Masamune、Shimakawa Rhythm、Nishizawa Atsushi J
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 527 号: 3 ページ: 5974-5987
  • DOI: 10.1093/mnras/stad3542
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hyper Suprime-Cam Year 3 results: Cosmology from galaxy clustering and weak lensing with HSC and SDSS using the minimal bias model (2023)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama Sunao、Miyatake Hironao、More Surhud、Li Xiangchong、et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 108 号: 12 ページ: 123521-123521
  • DOI: 10.1103/physrevd.108.123521
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hyper Suprime-Cam Year 3 results: Measurements of clustering of SDSS-BOSS galaxies, galaxy-galaxy lensing, and cosmic shear (2023)
  • 著者名/発表者名: More Surhud、Sugiyama Sunao、Miyatake Hironao、Rau Markus Michae、、、Nishizawa Atsushi、、、Miyazaki Satoshi、、、et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 108 号: 12 ページ: 123520-123520
  • DOI: 10.1103/physrevd.108.123520
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hyper Suprime-Cam Year 3 results: Cosmology from cosmic shear power spectra (2023)
  • 著者名/発表者名: Dalal Roohi、Li Xiangchong、Nicola Andrina、Zuntz Joe、Strauss Michael A. 、、Miyatake Hironao、、、Oguri Masamune、、、Nishizawa Atsushi、、、Miyazaki Satoshi、、、et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 108 号: 12 ページ: 123519-123519
  • DOI: 10.1103/physrevd.108.123519
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hyper Suprime-Cam Year 3 results: Cosmology from cosmic shear two-point correlation functions (2023)
  • 著者名/発表者名: Li Xiangchong、Zhang Tianqing、Sugiyama Sunao、Dalal Roohi、Terasawa Ryo、Rau Markus M. et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 108 号: 12 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1103/physrevd.108.123518
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hyper Suprime-Cam Year 3 results: Cosmology from galaxy clustering and weak lensing with HSC and SDSS using the emulator based halo model (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyatake Hironao、Sugiyama Sunao、Takada Masahiro、Nishimichi Takahiro, 、、Nishizawa Atsushi、、、Oguri Masamune、、、Miyazaki Satoshi、、、et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 108 号: 12 ページ: 123517-123517
  • DOI: 10.1103/physrevd.108.123517
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] AGN number fraction in galaxy groups and clusters at z > 1.4 from the Subaru Hyper Suprime-Cam survey (2023)
  • 著者名/発表者名: Hashiguchi Aoi、Toba Yoshiki、Ota Naomi、Oguri Masamune、Okabe Nobuhiro、Ueda Yoshihiro、Imanishi Masatoshi、Yamada Satoshi、Goto Tomotsugu、Koyama Shuhei、Lee Kianhong、Mitsuishi Ikuyuki、Nagao Tohru、Nishizawa Atsushi J、Noboriguchi Akatoki、Oogi Taira、Sakuta Koki、Schramm Malte、et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 75 号: 6 ページ: 1246-1261
  • DOI: 10.1093/pasj/psad066
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Robustness of baryon acoustic oscillations measurements with photometric redshift uncertainties (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Keitaro、Sunayama Tomomi、Nishizawa Atsushi J、Miyatake Hironao、Nishimichi Takahiro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 526 号: 4 ページ: 5374-5385
  • DOI: 10.1093/mnras/stad3078
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Radial and Local Density Dependence of Star Formation Properties in Galaxy Clusters from the Hyper Suprime-Cam Survey (2023)
  • 著者名/発表者名: Jian Hung-Yu, Lin Lihwai, Hsieh Bau-Ching, Umetsu Keiichi, Lopez-Coba Carlos, Oguri Masamune, Bottrell Connor, Toba Yoshiki, Koyama Yusei, Chang Yu-Yen, Kodama Tadayuki, Komiyama Yutaka, More Surhud, Lin Kai-Yang, Nishizawa Atsushi J., Tanaka Ichi
  • 雑誌名: ApJ 巻: 957 号: 2 ページ: 85-85
  • DOI: 10.3847/1538-4357/acfc22
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Weak lensing tomographic redshift distribution inference for the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program three-year shape catalogue (2023)
  • 著者名/発表者名: Rau Markus Michael, Dalal Roohi, Zhang Tianqing, Li Xiangchong, Nishizawa Atsushi J., More Surhud, Mandelbaum Rachel, Miyatake Hironao, Strauss Michael A., Takada Masahiro
  • 雑誌名: mnras 巻: 524 号: 4 ページ: 5109-5131
  • DOI: 10.1093/mnras/stad1962
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Quasar Luminosity Function at z = 7 (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka Yoshiki, Onoue Masafusa, et al.
  • 雑誌名: ApJL 巻: 949 号: 2 ページ: L42-L42
  • DOI: 10.3847/2041-8213/acd69f
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Star Formation Properties of Sloan Digital Sky Survey BOSS Void Galaxies in the Hyper Suprime-Cam Survey (2022)
  • 著者名/発表者名: Jian, H.-Y., 9 authors, Kodama, T., 5 authors
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 926 号: 2 ページ: 115-115
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac448b
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Subaru High-z Exploration of Low-luminosity Quasars (SHELLQs). XVI. 69 New Quasars at 5.8 &lt; z &lt; 7.0 (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka Y.、Iwasawa K.、Onoue M.、Izumi T.、Kashikawa N.、Strauss M.A.、Imanishi M.、Nagao T.、Akiyama M.、Silverman J.D.、Asami N.、Bosch J.、Furusawa H.、Goto T.、Gunn J.E.、Harikane Y.、Ikeda H.、Ishimoto R.、Kawaguchi Toshihiro、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal Supplement Series 巻: 259 号: 1 ページ: 18-18
  • DOI: 10.3847/1538-4365/ac3d31
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] HSC Year 1 cosmology results with the minimal bias method HSC×BOSS galaxy-galaxy weak lensing and BOSS galaxy clustering (2022)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama Sunao et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 105 号: 12 ページ: 123537-123537
  • DOI: 10.1103/physrevd.105.123537
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] HSC-XXL: Baryon budget of the 136 XXL groups and clusters (2022)
  • 著者名/発表者名: Akino Daichi、Eckert Dominique、Okabe Nobuhiro、Sereno Mauro、Umetsu Keiichi、Oguri Masamune、Gastaldello Fabio、Chiu I-Non、Ettori Stefano、Evrard August E、Farahi Arya、Maughan Ben、Pierre Marguerite、Ricci Marina、Valtchanov Ivan、McCarthy Ian、McGee Sean、Miyazaki Satoshi、Nishizawa Atsushi J、Tanaka Masayuki
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 74 号: 1 ページ: 175-208
  • DOI: 10.1093/pasj/psab115
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cosmological inference from an emulator based halo model. II. Joint analysis of galaxy-galaxy weak lensing and galaxy clustering from HSC-Y1 and SDSS (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyatake Hironao et al.
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 106 号: 8 ページ: 083520-083520
  • DOI: 10.1103/physrevd.106.083520
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Stellar Mass in and around Isolated Central Galaxies: Connections to the Total Mass Distribution through Galaxy-Galaxy Lensing in the Hyper Suprime-Cam Survey (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang Wenting、Li Xiangchong、Shi Jingjing、Han Jiaxin、Yasuda Naoki、Jing Yipeng、More Surhud、Takada Masahiro、Miyatake Hironao、Nishizawa Atsushi J.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 919 号: 1 ページ: 25-25
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0e38
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Hundreds of weak lensing shear-selected clusters from the Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program S19A data (2021)
  • 著者名/発表者名: Oguri, Masamune ; Miyazaki, Satoshi ; Li, Xiangchong; Luo, Wentao ; Mitsuishi, Ikuyuki ; Miyatake, Hironao ; More, Surhud ; Nishizawa, Atsushi J.; Okabe, Nobuhiro; Ota, Naomi; Plazas Malagテウn, Andrテゥs A.; Utsumi, Yousuke
  • 雑誌名: PASJ 巻: 73 号: 4 ページ: 817-829
  • DOI: 10.1093/pasj/psab047
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Signatures of large-scale cold fronts in the optically-selected merging cluster HSC?J085024+001536 (2021)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Keigo、Fujimoto Ryuichi、Okabe Nobuhiro、Mitsuishi Ikuyuki、Akamatsu Hiroki、Ota Naomi、Oguri Masamune、Nishizawa Atsushi J
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: － 号: 3 ページ: 584-595
  • DOI: 10.1093/pasj/psab022
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Understanding X-ray and optical selection of galaxy clusters: a comparison of the XXL and CAMIRA cluster catalogues obtained in the common XXL-HSC SSP area (2021)
  • 著者名/発表者名: Willis J P、Oguri M、Ramos-Ceja M E、et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 503 号: 4 ページ: 5624-5637
  • DOI: 10.1093/mnras/stab873
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Image based Cosmology on the large-scale structure of the Universe (2024)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: KEK COSMO 2024
• [学会発表] Subaru HSC medium band filters and photometric redshift (2023)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: ILRキックオフミーティング
• [学会発表] Subaru HSC medium band filters survey (2023)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: 銀河間物質研究会
• [学会発表] Subaru HSC medium band filters and photometric redshift (2023)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: Madrid Nagoya Joint Workshop
• [学会発表] Subaru HSC medium band filters survey (2023)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: Subaru Mediumband filter workshop
• [学会発表] ブレンドした天体の測光的赤方偏移推定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: 天文学におけるデータ科学的手法
• [学会発表] 測光的赤方偏移推定におけるブレンド天体の影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: 日本天文学会秋季年会
• [学会発表] DES Y3とFermi LATによるダークマター対消滅に関する制限 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: 日本天文学会春季年会
• [学会発表] DES Y3とFermi LATによるダークマター対消滅に関する制限 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: 天文学会春季年会
• [学会発表] Particle Physics Properties of DM probed by gamma-ray, LSBGs and IGM (2022)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: 学術変革A科研費シンポジウム
• [学会発表] Subaru HSC mediumband survey (2021)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: Subaru 3 kickoff meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] HSC Photoz working group (2021)
  • 著者名/発表者名: 西澤淳
  • 学会等名: HSC collaboration meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 21cm 線強度マップの直接画像解析による暗黒物質探査 (2021)
  • 著者名/発表者名: 村上広椰
  • 学会等名: alaxy-IGM workshop
• [学会発表] 21cm マップの直接画像解析による暗黒物質探査 (2021)
  • 著者名/発表者名: 村上広椰
  • 学会等名: 日本天文学会秋季大会