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銀河形成シミュレーションを用いた銀河の特異速度と重力レンズの影響の除去

公募研究

研究領域重力波物理学・天文学:創世記
研究課題/領域番号 20H04723
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
審査区分 理工系
研究機関弘前大学

研究代表者

高橋 龍一  弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (60413960)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード宇宙の大規模構造 / 数値シミュレーション / 理論天文学 / 重力波天文学 / 宇宙膨張 / 銀河の大規模分布
研究開始時の研究の概要

2017年、重力波検出器LIGOとVIRGOは連星中性子星合体からの重力波を検出し、距離-赤方偏移関係からハッブル定数を約15%の精度で決定した。ただ大きな不定性として、①母銀河の特異速度と②重力レンズ効果が知られている。①は銀河の特異速度の影響で赤方偏移に不定性が生じる効果、②は重力波が遠方から伝わってくる途中で重力レンズを受けて、振幅が増減する効果である。特にハッブル定数は近傍の連星を使うため、銀河の特異速度①の正確な推定が重要になる。申請者は最新の銀河形成シミュレーション(illustris TNG)を用いて、銀河の空間分布から上記の①と②の不定性を除去する手法を開発する。

研究実績の概要

我々は最新の銀河形成シミュレーション(IllustrisTNG, Nelson+ 2019)を用いて、物質の空間分布から銀河の特異速度の不定性を除去する手法を開発した。TNGは暗黒物質とバリオン(星、ガス、ブラックホール)の重力進化を同時に追っており、星や銀河形成、活動銀河核によるフィードバックも考慮されている。一般に公開されている銀河形成シミュレーションとしては最新のものである。必要な全シミュレーションデータをダウンロードし解析を行なった。
TNGデータには、宇宙大規模構造を再現した立方体(1辺205Mpc/h)内に約200万個の銀河と約300億個の粒子(暗黒物質とバリオン)が分布している。始めに粒子分布の質量ゆらぎのパワースペクトルを求め、実空間&赤方偏移空間共に線形理論と良い一致を示すことを確認した。また同様の計算を銀河分布に対しても行い、良い一致をみた。次に以下の手順で銀河の速度場を推定した。まず、あるスケール(r_s)でならした密度分布を粒子分布から出す。次に流体力学の連続の式を摂動的に解いて、密度場から速度場を導出する。この際、線形理論だけでなく、2次摂動の効果を取り入れたモデルを用いた。より小スケールr_sで平均化すると、非線形領域を扱うため、高次の摂動論が重要になる。また我々は(非線形性が比較的低い)銀河団に属していない銀河をサンプルとして選んだ。我々は銀河の視線方向の特異速度の分布関数(PDF)を求め、元々の分布の標準偏差と、推定した速度場を差し引いたあとの標準偏差を比較し、どの程度標準偏差が減少するか調べた。その結果、r_s=5Mpc/hとしたときに、実空間&赤方偏移空間でそれぞれ約45%&38%、特異速度の標準偏差が減少することを見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 10件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Sorbonne University(フランス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University College London/University of Cambridge/University of Portsmouth(英国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Institut d’Astrophysique de Paris(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Universite de Geneve(スイス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Instituto de Astrofisica de Canarias(スペイン)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Probing cosmology and gastrophysics with fast radio bursts: cross-correlations of dark matter haloes and cosmic dispersion measures2022

    • 著者名/発表者名
      Shirasaki Masato、Takahashi Ryuichi、Osato Ken、Ioka Kunihito
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 512 号: 2 ページ: 1730-1750

    • DOI

      10.1093/mnras/stac490

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cosmological boost factor for dark matter annihilation at redshifts of z=10-100 using the power spectrum approach2021

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Ryuichi、Kohri Kazunori
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 104 号: 10 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1103/physrevd.104.103518

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impacts of new small-scale N-body simulations on dark matter annihilations constrained from cosmological 21-cm line observations2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroshima Nagisa、Kohri Kazunori、Sekiguchi Toyokazu、Takahashi Ryuichi
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 104 号: 8 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1103/physrevd.104.083547

    • 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] Statistical modelling of the cosmological dispersion measure2021

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Ryuichi、Ioka Kunihito、Mori Asuka、Funahashi Koki
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 502 号: 2 ページ: 2615-2629

    • DOI

      10.1093/mnras/stab170

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Constraining primordial non-Gaussianity with postreconstructed galaxy bispectrum in redshift space2021

    • 著者名/発表者名
      Shirasaki Masato、Sugiyama Naonori S.、Takahashi Ryuichi、Kitaura Francisco-Shu
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 103 号: 2 ページ: 023506-023506

    • DOI

      10.1103/physrevd.103.023506

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The weak lensing bispectrum induced by gravity2020

    • 著者名/発表者名
      Munshi D、Namikawa T、Kitching T D、McEwen J D、Takahashi R、Bouchet F R、Taruya A、Bose B
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 493 号: 3 ページ: 3985-3995

    • DOI

      10.1093/mnras/staa296

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Fitting the Nonlinear Matter Bispectrum by the Halofit Approach2020

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Ryuichi, Nishimichi Takahiro, Namikawa Toshiya, Taruya Atsushi, Kayo Issha, Osato Ken, Kobayashi Yosuke, Shirasaki Masato
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 895 号: 2 ページ: 113-113

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ab908d

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Probing Dark Low-mass Halos and Primordial Black Holes with Frequency-dependent Gravitational Lensing Dispersions of Gravitational Waves2020

    • 著者名/発表者名
      Oguri Masamune、Takahashi Ryuichi
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 901 号: 1 ページ: 58-58

    • DOI

      10.3847/1538-4357/abafab

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Accurate emulator for the redshift-space power spectrum of dark matter halos and its application to galaxy power spectrum2020

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Yosuke、Nishimichi Takahiro、Takada Masahiro、Takahashi Ryuichi、Osato Ken
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 号: 6 ページ: 063504-063504

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.063504

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Covariance of the redshift-space matter power spectrum after reconstruction2020

    • 著者名/発表者名
      C. Hikage, R. Takahashi, K. Koyama
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 102 号: 8 ページ: 083514-083514

    • DOI

      10.1103/physrevd.102.083514

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Power spectrum of halo intrinsic alignments in simulations2020

    • 著者名/発表者名
      Kurita Toshiki、Takada Masahiro、Nishimichi Takahiro、Takahashi Ryuichi、Osato Ken、Kobayashi Yosuke
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 501 号: 1 ページ: 833-852

    • DOI

      10.1093/mnras/staa3625

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Cosmological boost factor for dark matter annihilation at redshifts of z=10-100 using the power spectrum approach2022

    • 著者名/発表者名
      Ryuichi Takahashi
    • 学会等名
      学術変革「ダークマター」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Statistical modelling of the cosmological dispersion measure2021

    • 著者名/発表者名
      Ryuichi Takahashi
    • 学会等名
      FRB2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Cosmological boost factor for dark matter annihilation at redshifts of z=10-100 using the power spectrum approach2021

    • 著者名/発表者名
      Ryuichi Takahashi
    • 学会等名
      日本物理学会 秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 高赤方偏移(z=10-100)での暗黒物質の対消滅のブーストファクター2021

    • 著者名/発表者名
      Ryuichi Takahashi
    • 学会等名
      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
  • [学会発表] Recent studies on the propagation velocity of lensed gravitational waves2021

    • 著者名/発表者名
      Ryuichi Takahashi
    • 学会等名
      Time-Domain Cosmology with Strong Gravitational Lensing
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Statistical modelling of the cosmological dispersion measure2021

    • 著者名/発表者名
      Ryuichi Takahashi
    • 学会等名
      Fast Radio Bursts: A Mystery Being Solved?
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 高赤方偏移(z>=10)での暗黒物質の対消滅のブーストファクターの計算2021

    • 著者名/発表者名
      Ryuichi Takahashi
    • 学会等名
      日本天文学会 春季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Modeling the statistics of cosmological dispersion measure with the IllustrisTNG simulations2020

    • 著者名/発表者名
      Ryuichi Takahashi
    • 学会等名
      日本天文学会 秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Statistical modelling of the cosmological dispersion measure2020

    • 著者名/発表者名
      Ryuichi Takahashi
    • 学会等名
      観測的宇宙論ワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] Numerical Codes

    • URL

      http://cosmo.phys.hirosaki-u.ac.jp/takahasi/codes_e.htm

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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