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疎性モデリングの宇宙再電離期21cm線観測データ解析への応用

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ3092
補助金の研究課題番号 21J00416 (2021-2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2021-2022)
応募区分国内
審査区分 小区分16010:天文学関連
研究機関国立天文台

研究代表者

吉浦 伸太郎  国立天文台, 水沢VLBI観測所, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021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21cm線 / 機械学習 / 宇宙再電離 / 電波干渉計 / 電波天文学 / 宇宙論 / 銀河進化 / 宇宙物理学
研究開始時の研究の概要

宇宙に最初の星が誕生してから現在に至るまで、宇宙を満たしている水素のガスは星や銀河と共に変化してきました。この研究の究極の目標は、その水素から放射される微弱な電磁波を電波望遠鏡で観測することで、逆に宇宙で最初の星や銀河の姿を理解しようとするものです。ただし微弱な信号を検出するには非常に明るい邪魔な電波源などに対処する必要があります。そこで、機械学習など統計的な方法を応用して観測データを処理する方法を開発します。

研究実績の概要

1, 21cm線イメージングへの疎性モデリングの応用: EHTによるブラックホール撮像で用いられていた疎性モデリングによる画像作成の手法を、遠方中性水素由来の21cm線のイメージングに応用した。特に、次世代の電波望遠鏡SKAによる観測を想定して、3次元画像の作成方法を開発した。現在までに幾つかのシミュレーションによる実験を実施しており、適切なパラメータを選ぶことで、画像のノイズを低減したイメージングができることがわかった。
2, 電波望遠鏡21cm線観測データの解析: 人工ニューラルネットワークによる21cm線の高速モデル化ソフトを作成し、EDGES望遠鏡による21cm線観測データの解析を実施した。多項式による銀河系前景放射のモデル化を行い、ベイズ統計に基づく解析から、今のデータでは通常の21cm線を検出できないことがわかった。一方、過去にEDGESで報告された信号はJWSTによる銀河観測の結果と矛盾しない可能性があることもわかった。本研究は論文としてまとめられ、現在査読中である。
3, uGMRTとすばる望遠鏡銀河観測の解析: すばる望遠鏡のLAE銀河カタログとGMRTによる21cm線観測データの相互相関解析を試みた。今回の解析は21cm-LAE相互パワースペクトルについて実データを用いた初の解析であり、データ解析ソフトウェアを開発することができた。本研究の結果は複数の国際会議で発表した。
4, MWAデータの解析: MWAデータを解析するためのスクリプトを作成し、低周波観測データを用いてキャリブレーションを実施した。この解析から、銀河系の放射がキャリブレーション後のアンテナの応答を大きく歪めることがわかった。そこで正しく得られた応答を外挿することで問題を回避する手法を開発した。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 4件、 査読あり 7件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 6件、 招待講演 7件)

  • [国際共同研究] The University of Melbourne/Curtin University(オーストラリア)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Impact of the primordial fluctuation power spectrum on the reionization history2023

    • 著者名/発表者名
      Minoda Teppei、Yoshiura Shintaro、Takahashi Tomo
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 108 号: 12 ページ: 123542-123542

    • DOI

      10.1103/physrevd.108.123542

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Exploring the cosmic dawn and epoch of reionization with the 21cm line2022

    • 著者名/発表者名
      Shimabukuro Hayato、Hasegawa Kenji、Kuchinomachi Akira、Yajima Hidenobu、Yoshiura Shintaro
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 75 号: Supplement_1 ページ: S1-S32

    • DOI

      10.1093/pasj/psac042

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Probing the primordial Universe with 21cm line from cosmic dawn/epoch of reionization2022

    • 著者名/発表者名
      Minoda Teppei、Saga Shohei、Takahashi Tomo、Tashiro Hiroyuki、Yamauchi Daisuke、Yokoyama Shuichiro、Yoshiura Shintaro
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 75 号: Supplement_1 ページ: S154-S180

    • DOI

      10.1093/pasj/psac015

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Probing isocurvature perturbations with 21-cm global signal in the light of HERA result2022

    • 著者名/発表者名
      Minoda Teppei、Yoshiura Shintaro、Takahashi Tomo
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 105 号: 8 ページ: 083523-083523

    • DOI

      10.1103/physrevd.105.083523

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Predicting 21?cm-line map from Lyman-α emitter distribution with generative adversarial networks2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshiura Shintaro、Shimabukuro Hayato、Hasegawa Kenji、Takahashi Keitaro
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 506 号: 1 ページ: 357-371

    • DOI

      10.1093/mnras/stab1718

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A new MWA limit on the 21 cm power spectrum at redshifts 13-172021

    • 著者名/発表者名
      Yoshiura, S. ; Pindor, B. ; Line, J. L. B., et al.,
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 505 号: 4 ページ: 4775-4790

    • DOI

      10.1093/mnras/stab1560

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Constraining the 21 cm brightness temperature of the IGM at z = 6.6 around LAEs with the murchison widefield array2021

    • 著者名/発表者名
      Trott, C. M. ; Jordan, C. H. ; Line, J. L. B., et al.,
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 507 号: 1 ページ: 772-780

    • DOI

      10.1093/mnras/stab2235

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Cosmology with high redshifted 21cm line observation2024

    • 著者名/発表者名
      S.Yoshiura
    • 学会等名
      3rd mini-workshop on the early Universe
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 21cm line from Cosmic Dawn and Dark Ages2024

    • 著者名/発表者名
      S.Yoshiura
    • 学会等名
      Nagoya-Melbourne Joint Research Workshop on Cosmology
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Observing the HSC SXDS field with the uGMRT Band-22023

    • 著者名/発表者名
      S.Yoshiura
    • 学会等名
      URSI GASS 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 低周波 21cm 線と遠方銀河や初期揺らぎとの関係2023

    • 著者名/発表者名
      吉浦伸太郎
    • 学会等名
      日本天文学会 2023 年秋季年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 中性水素 21cm 線電波観測で探る暗黒時代から宇宙再電離期2023

    • 著者名/発表者名
      吉浦伸太郎
    • 学会等名
      第36回 理論懇シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 21cm-LAE cross-correlation at the end of reionization era2023

    • 著者名/発表者名
      S.Yoshiura
    • 学会等名
      2023 EAST-ASIA SKA WORKSHOP
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Emulating the 21cm global signal & analyzing the EDGES data2023

    • 著者名/発表者名
      吉浦伸太郎
    • 学会等名
      SKA Japanワークショップ2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] uGMRTを用いた21cm線-LAE相互相関解析の準備と問題点の洗い出し2023

    • 著者名/発表者名
      吉浦伸太郎
    • 学会等名
      ミニワークショップ : 21cm線によるサイエンス
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Emulating the 21cm global signal and analyzing the EDGES public data2023

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Yoshiura
    • 学会等名
      9th GALAXY EVOLUTION WORKSHOP
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] SKA時代の低周波21cm線データ解析2022

    • 著者名/発表者名
      吉浦伸太郎
    • 学会等名
      天文学におけるデータ科学的方法
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 21cm線揺らぎのパワースペクトルの最近の進展2021

    • 著者名/発表者名
      吉浦伸太郎
    • 学会等名
      第10回観測的宇宙論ワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] SKAと先行機による電離圏観測2021

    • 著者名/発表者名
      吉浦伸太郎
    • 学会等名
      中間圏・熱圏・電離圏(MTI) 研究集会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Detecting the 21cm power spectrum from the Epoch of Reionization and Cosmic Dawn2021

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Yoshiura
    • 学会等名
      EAST Asia SKA workshop 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-12-25  

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