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数値モデルと解析的モデルを融合した銀河統計精密宇宙論

研究課題

研究課題/領域番号 22K03634
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15010:素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論
研究機関京都産業大学 (2023)
京都大学 (2022)

研究代表者

西道 啓博  京都産業大学, 理学部, 准教授 (60795417)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023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)
2026年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2025年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード宇宙大規模構造 / 宇宙論パラメータ / 銀河統計
研究開始時の研究の概要

宇宙遠方に広がる無数の銀河が織り成す複雑なパターンは、宇宙の大規模構造として知られる。このパターンを物理学や統計学の知見に基づいて詳細に分析することで、宇宙の誕生から進化までを支配する法則や、ダークマター、ダークエネルギーと言った現代物理学では未解明の宇宙の構成要素へと迫ることが期待される。本研究は、明るさや色、形状などの異なる様々な銀河が示す分布パターンの多様性を、大規模数値シミュレーションに基づいて予測し、これを物理モデルにより記述する手法を確立することを目的とする。これにより、すばる望遠鏡に代表される大型観測装置によるサーベイ観測から得られる情報量を最大化し、宇宙の根源的な謎に迫る。

研究実績の概要

2023年度は、これまでに引き続き、数値シミュレーションから得られた模擬銀河カタログの統計解析を進めるとともに、その結果得られた統計量のパラメータ依存性の理論的な解釈に取り組んでいる。まず、前者のデータ解析に関しては、多数のパラメータから成る多次元空間を効率良く逐次的にサンプリングする手法を新たに構築した。これは、現在の銀河形成モデルの持つ大きな不確定性を考慮して、銀河が形成される候補地となる高密度領域「ダークマターハロー」を特徴付けるパラメータを多数用意し、それらが作るパラメータ空間を広く調査し尽くすことで、現実の銀河がどのような条件で形成されていたとしても正確にモデル化することを可能とするための方策であり、本研究課題の遂行にとって重要なステップである。新たな手法では、まず、複雑な分布関数に従うパラメータ空間を正規化流により最も単純な多変量正規分布にマッピングし、これを動径方向の距離を示す変数と角度変数に焼き直した上で、スクランブル化されたソボル列によりサンプルするものであり、コンピュータ科学や応用数学で使われている手法を組み合わせて実現したものである。この手法に基づき、多次元空間に効率良くサンプルを追加し、現在までに10000モデルに対して解析を終えている。本年度の解析では、2022年度の研究では未着手であった銀河の特異速度の効果を導入し、これが反映された赤方偏移空間の統計量をデータベース化している。これまでの実空間の解析手法を更新し、赤方偏移空間における統計量の持つサンプルバリアンスを低減する手法を施すことで、本解析にとって重要なバリオン音響振動スケール付近での測定誤差を抑えることに成功している。

現在までの達成度 (区分)
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

昨年度に引き続き、摂動展開に基づく解析に関しては現在使用可能なコードの適用範囲の問題で予定よりも進展が遅れている。一方で、研究実績の概要で詳述した通り、数値シミュレーションによる模擬銀河カタログの構築と、その多様性を加味した解析に関しては、本研究課題遂行の核となる新しい方法を着想し、これを実装するに至った。この2点を加味して、計画全体としてはおおむね順調と判断している。

今後の研究の推進方策

2023年度に構築した統計量データベースに対し、摂動論に基づく理論テンプレートによるパラメータ推定を行う。これを行うため、予定より進捗の遅れていた理論テンプレートの実用化と、10000ものサンプルから成るデータベースを効率良く処理するための統計推論パイプラインの構築を目指す。後者を念頭に、理論テンプレートには自動微分可能なフレームワークを使用し、ハミルトニアンモンテカルロに代表される微分情報を利用した統計推論を実現させる。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (8件) 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 14件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 12件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] プリンストン高等研究所/コロンビア大学/プリンストン大学(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] フランス国立科学研究センター/サクレー研究所/パリ天体物理学研究所(フランス)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] エジンバラ王立天文台/オックスフォード大学/ダーラム大学(英国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] 中央研究院天文及天文物理研究所(その他の国・地域)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] 華中師範大学/中国科学技術大学(中国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究]

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] プリンストン大学/高等研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] 欧州原子核研究機構(スイス)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] The intrinsic alignment of galaxy clusters and impact of projection effects2024

    • 著者名/発表者名
      Shi Jingjing、Sunayama Tomomi、Kurita Toshiki、Takada Masahiro、Sugiyama Sunao、Mandelbaum Rachel、Miyatake Hironao、More Surhud、Nishimichi Takahiro、Johnston Harry
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 528 号: 2 ページ: 1487-1499

    • DOI

      10.1093/mnras/stae064

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Flat to nonflat: Calculating nonlinear power spectra of biased tracers for a nonflat ΛCDM model2024

    • 著者名/発表者名
      Terasawa Ryo、Takahashi Ryuichi、Nishimichi Takahiro、Takada Masahiro
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 109 号: 6 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1103/physrevd.109.063504

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cosmology with the galaxy bispectrum multipoles: Optimal estimation and application to BOSS data2023

    • 著者名/発表者名
      Ivanov Mikhail M.、Philcox Oliver H. E.、Cabass Giovanni、Nishimichi Takahiro、Simonovic Marko、Zaldarriaga Matias
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 107 号: 8 ページ: 083515-083515

    • DOI

      10.1103/physrevd.107.083515

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Perturbation theory remixed: Improved nonlinearity modeling beyond standard perturbation theory2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Zhenyuan、Jeong Donghui、Taruya Atsushi、Nishimichi Takahiro、Osato Ken
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 107 号: 10 ページ: 103534-103534

    • DOI

      10.1103/physrevd.107.103534

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Universal Multistream Radial Structures of Cold Dark Matter Halos2023

    • 著者名/発表者名
      Enomoto Yohsuke、Nishimichi Takahiro、Taruya Atsushi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 950 号: 2 ページ: L13-L13

    • DOI

      10.3847/2041-8213/acd7ee

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Cosmological gravity probes: connecting recent theoretical developments to forthcoming observations2023

    • 著者名/発表者名
      Shun Arai et al. (22 authors + Junsei Tokuda),
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: - 号: 7 ページ: 001-105

    • DOI

      10.1093/ptep/ptad052

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Machine learning for observational cosmology2023

    • 著者名/発表者名
      Moriwaki Kana、Nishimichi Takahiro、Yoshida Naoki
    • 雑誌名

      Reports on Progress in Physics

      巻: 86 号: 7 ページ: 076901-076901

    • DOI

      10.1088/1361-6633/acd2ea

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Galaxy clustering from the bottom up: a streaming model emulator I2023

    • 著者名/発表者名
      Cuesta-Lazaro Carolina、Nishimichi Takahiro、Kobayashi Yosuke、Ruan Cheng-Zong、Eggemeier Alexander、Miyatake Hironao、Takada Masahiro、Yoshida Naoki、Zarrouk Pauline、Baugh Carlton M、Bose Sownak、Li Baojiu
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 523 号: 3 ページ: 3219-3238

    • DOI

      10.1093/mnras/stad1207

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 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 uncertainties2023

    • 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

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 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 model2023

    • 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

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 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 functions2023

    • 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

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 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 spectra2023

    • 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

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 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 shear2023

    • 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

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 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 model2023

    • 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

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Perturbation theory challenge for cosmological parameters estimation. II. Matter power spectrum in redshift space2023

    • 著者名/発表者名
      Osato Ken、Nishimichi Takahiro、Taruya Atsushi、Bernardeau Francis
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 108 号: 12 ページ: 123541-123541

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.123541

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Multistream radial structure of cold dark matter haloes from particle trajectories: deep inside splashback radius2023

    • 著者名/発表者名
      Enomoto Yohsuke、Nishimichi Takahiro、Taruya Atsushi
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 527 号: 3 ページ: 7523-7546

    • DOI

      10.1093/mnras/stad3660

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Separate universe approach to evaluate nonlinear matter power spectrum for nonflat \Lambda CDM model2022

    • 著者名/発表者名
      Ryo Terasawa, Ryuichi Takahashi, Takahiro Nishimichi, Masahiro Takada
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 号: 8 ページ: 083504-083504

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.083504

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cosmology with the redshift-space galaxy bispectrum monopole at one-loop order2022

    • 著者名/発表者名
      Oliver H. E. Philcox, Mikhail M. Ivanov, Giovanni Cabass, Marko Simonovic, Matias Zaldarriaga, Takahiro Nishimichi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 号: 4 ページ: 043530-043530

    • DOI

      10.1103/physrevd.106.043530

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Emulators for cosmological inference2024

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nishimichi
    • 学会等名
      Statistical Analysis of Random Fields in Cosmology
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dark Quest宇宙論:要約統計量エミュレータから自律学習モデルへ2024

    • 著者名/発表者名
      西道啓博, 小林洋祐, 田中賢, 宮武広直
    • 学会等名
      日本天文学会2024年春季年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Dark Quest II project2023

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nishimichi
    • 学会等名
      CosmoPalooza Fall 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Emulator as a theoretical template in cosmological inference2023

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nishimichi
    • 学会等名
      The 14th RESCEU symposium: "From Large to Small Structures in the Universe"
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ML in large-scale structure cosmology: from emulation to field-level inference2022

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nishimichi
    • 学会等名
      The first ML @ HEP workshop
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] The Dark Quest project for cosmological emulation2022

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nishimichi
    • 学会等名
      Challenges and Innovations in Computational Astrophysics IV (ChalCA-IV)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dark Quest II の進捗状況2022

    • 著者名/発表者名
      西道 啓博
    • 学会等名
      第11回観測的宇宙論ワークショップ
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Dark Quest II and halo shapes2022

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nishimichi
    • 学会等名
      New Frontiers in Cosmology with the Intrinsic Alignments of Galaxies
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] The Dark Quest project for cosmological emulation2022

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nishimichi
    • 学会等名
      The 9th East Asian Numerical Astrophysics Meeting (EANAM9)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 宇宙の大規模構造の自律的エミュレータに向けたサンプリング法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      西道 啓博, 田中 賢, 小林 洋祐, 宮武 広直
    • 学会等名
      日本天文学会2022年秋季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 数値宇宙論I -Cosmological N-body simulations-2022

    • 著者名/発表者名
      西道 啓博
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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