ガンマ線・低表面輝度銀河・銀河間物質から探るダークマターの素粒子的性質

• 研究領域: ダークマターの正体は何か？－ 広大なディスカバリースペースの網羅的研究
• 研究課題/領域番号: 21H05454
• 研究種目: 学術変革領域研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 西澤 淳 名古屋大学, 高等研究院, 招へい教員 (70402435)
• 研究期間 (年度): 2021-09-10 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: ダークマター / 機械学習 / ガンマ線 / 低表面輝度銀河 / 対消滅

研究開始時の研究の概要

本研究計画は、ダークマターの素粒子的性質に多角的な天文観測データ・手法を用いて制限を与えることを目的としている。2 年間の研究期間で、主に天文データ解析と数値シミュレーションによる研究手法の開発を同時並行で行う。
我々はガンマ線観測と低表面輝度銀河の相互相関による新しい統計解析により、従来の矮小銀河解析とは独立な制限を与える手法を開発している。本手法を実データに応用することで、1TeV 付近の対消滅散乱断面積に制限を与える。
また、質量が 1MeV以下になってくると、宇宙大規模構造の形成過程に影響が生じる。その影響を深層学習による画像解析を応用し、従来よりも精緻なダークマター質量推定を目指す。

研究実績の概要

本年度は、keVスケールのダークマターに対して、宇宙大規模構造の揺らぎのパターンからその質量やダークマターモデルに制限を与える研究に従事した。1報目の論文では、宇宙論的流体シミュレーションを用いて擬似的な21cm線マップを構築し、その揺らぎのパターンから機械学習的な方法論を用いてダークマター質量に制限を与える研究を行なった。また、特に天体物理学的なモデルの不定性がどの程度制限に影響を与えるかを定量的に議論を行なった。
2報目の論文では、素粒子実験等でダークマターの質量が決まった場合に、どのような物理プロセスでダークマター粒子が生成されたかを決めるダークマター位相空間分布への制限を考慮した。1報目と同様21cm線マップによる制限を考慮しているが、CDMモデルからの分離ではなく、異なるダークマターモデル間同士の見分けが可能かどうかを論じた。
本年度は、その他関連する論文を合計11報、研究発表を5件行った(うち3件招待講演) 。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Hangzhou institute for advanced study(中国)
• [国際共同研究] Princeton University/University of Arizona/Carnegie Melon University(米国)
• [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
• [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
  • 国際学会 / 招待講演
• [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
  • 国際学会
• [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
  • 国際学会 / 招待講演
• [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
  • 招待講演
• [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] 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: Galaxy-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