銀河形成シミュレーションで探る衛星銀河サブハロー構造のダークマターモデル依存性

• 研究領域: なぜ宇宙は加速するのか? - 徹底的究明と将来への挑戦 -
• 研究課題/領域番号: 18H04333
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 岡本 崇 北海道大学, 理学研究院, 講師 (50541893)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 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: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 銀河形成 / ダークマター / 矮小銀河 / ダークマターハロー / シミュレーション / 数値シミュレーション / 衛星銀河

研究実績の概要

高分解能の天の川質量銀河の形成シミュレーションを実行した．これは衛星銀河のダークマターハロー（サブハロー）の構造を十分に扱える高分解能シミュレーションである．そのさい，一般的に仮定されるコールドダークマター (CDM) だけでなく，ダークマター同士が弾性衝突をする self-interacting dark matter (SIDM) も考慮できるシミュレーションコードを開発した．また，サブハローの構造に大きな影響を与えると考えられている超新星爆発の影響を，超新星残骸の高分解能シミュレーションの結果を用いて物理的に正しい形で取り入れた．SIDM には観測的な制限の範囲内で矮小銀河スケールで CDM と大きく異なる振る舞いをするように，相対速度が小さいほど衝突断面積が大きくなるモデルを採用した．
その結果，CDM と SIDM の両者で局所銀河群の衛星銀河の観測的性質は再現できた．一方，両者の違いは V-band で -10 等より暗いところで顕著であり，特徴的な半径内のダークマターの面密度や光度関数をそのような暗い衛星銀河にについて求めることで区別可能であることを示した．
また，CDM と SIDM では衛星銀河の空間分布に大きな違いがあることが明らかになった．これは SIDM ではサブハローの中心密度が下がることにより，潮汐力によりホストダークマターハロー中心部の衛星銀河が破壊されてしまうためである．このため，天の川銀河近傍の衛星銀河の分布を調べることでもダークマターの性質に制限をつけられることがわかった．

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] ALMA uncovers the [C ii] emission and warm dust continuum in a z?= 8.31 Lyman break galaxy (2020)
  • 著者名/発表者名: Bakx Tom J L C and Okamoto Takashi et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 493 号: 3 ページ: 4294-4307
  • DOI: 10.1093/mnras/staa509
  • NAID: 120006872433
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Big Three Dragons: A z = 7.15 Lyman-break galaxy detected in [OIII] 88 μm, [CII] 158 μm, and dust continuum with ALMA (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Takuya、Inoue Akio K、Mawatari Ken、Tamura Yoichi、Matsuo Hiroshi、Furusawa Hisanori、Harikane Yuichi、Shibuya Takatoshi、Knudsen Kirsten K、Kohno Kotaro、Ono Yoshiaki、Zackrisson Erik、Okamoto Takashi、Kashikawa Nobunari、Oesch Pascal A、Ouchi Masami、Ota Kazuaki、Shimizu Ikkoh、Taniguchi Yoshiaki、et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 71 号: 4 ページ: 71-71
  • DOI: 10.1093/pasj/psz049
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Slowing down of cosmic growth of supermassive black holes: theoretical prediction of the Eddington ratio distribution (2019)
  • 著者名/発表者名: Shirakata Hikari、Kawaguchi Toshihiro、Oogi Taira、Okamoto Takashi、Nagashima Masahiro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 487 号: 1 ページ: 409-419
  • DOI: 10.1093/mnras/stz1282
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detection of the Far-infrared [O iii] and Dust Emission in a Galaxy at Redshift 8.312: Early Metal Enrichment in the Heart of the Reionization Era (2019)
  • 著者名/発表者名: Tamura Yoichi、Mawatari Ken、Hashimoto Takuya、Inoue Akio K.、Zackrisson Erik、Christensen Lise、Binggeli Christian、Matsuda Yuichi、Matsuo Hiroshi、Takeuchi Tsutomu T.、Asano Ryosuke S.、Sunaga Kaho、Shimizu Ikkoh、Okamoto Takashi、Yoshida Naoki、et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 874 号: 1 ページ: 27-27
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab0374
  • NAID: 120006650166
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structure of dark matter haloes of Milky Way satellite galaxies in SIDM universes (2019)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Takashi
  • 雑誌名: Proceedings of the International Astronomical Union 巻: 14 号: S344 ページ: 498-501
  • DOI: 10.1017/s174392131800580x
• [雑誌論文] The New Numerical Galaxy Catalogue (ν2GC): properties of active galactic nuclei and their host galaxies (2019)
  • 著者名/発表者名: Shirakata, H., Okamoto, T., Kawaguchi, T., Nagashima, M., Ishiyama, T., Makiya, R., Kobayashi, M. A. R., Enoki, M., Oogi, T., Okoshi, K.
  • 雑誌名: MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY 巻: 482 号: 4 ページ: 48464873-48464873
  • DOI: 10.1093/mnras/sty2958
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Missing Satellite Problem Outside of the Local Group. I. Pilot Observation (2018)
  • 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
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The onset of star formation 250 million years after the Big Bang (2018)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Takuya、Laporte Nicolas、Mawatari Ken、Umehata Hideki et al
  • 雑誌名: Nature 巻: 557 号: 7705 ページ: 392-395
  • DOI: 10.1038/s41586-018-0117-z
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Structure of subhalos around Milky Way-mass galaxies in CDM and SIDM universe (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashi Okamoto
  • 学会等名: Cosmic acceleration
  • 国際学会
• [学会発表] 銀河と銀河中心ブラックホールの進化における AGN フィードバックの役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡本崇
  • 学会等名: 日本天文学会2020年春季年会
• [学会発表] 衛星銀河ハローのダークマターによる構造の違いと銀河形成過程による影響」 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡本崇
  • 学会等名: 日本天文学会2019年秋季年会
• [学会発表] Metal enrichment of simulated galaxies (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Okamoto
  • 学会等名: The Eighth East Asian Numerical Astrophysics Meeting (EANAM 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Solving the cooling flow problem by introducing non gravitational dark matter-baryon interaction (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ichihashi, Takashi Okamoto, Toyokazu Sekiguchi
  • 学会等名: The Eighth East Asian Numerical Astrophysics Meeting (EANAM 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Structure of dark matter haloes of Milky Way satellite galaxies in SIDM universes (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashi Okamoto
  • 学会等名: IAUS 344: Dwarf Galaxies: From the Deep Universe to the Present
  • 国際学会
• [学会発表] 銀河形成シミュレーションにおける超 新星フィードバックの新たな実装方法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡本 崇
  • 学会等名: 日本天文学会2018年秋季年界