初期宇宙の探求

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07CE2002
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 佐藤 勝彦 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (00111914)
• 研究分担者: 折戸 周治 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (10092173) ; 牧島 一夫 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (20126163) ; 釜江 常好 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (90011618) ; 吉井 譲 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (00158388) ; 野本 憲一 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (90110676)
• キーワード: 宇宙の大構造 / 超新星 / 銀河団 / 暗黒物質 / 反物質 / 宇宙X線γ線 / 科学衛星 / 宇宙の化学進化

研究概要

最終年度である今年度は各グループともに5年間の成果をまとめる事ができた。
1.銀河団の宇宙線起源γ線の性質を調べた。超新星コアでのニュートリノの物質との相互作用を調べた。Q-ballの性質、宇宙磁場の起源、多次元宇宙の諸性質を明らかにした。
2.「あすか」を用い、太陽の約100倍の質量をもつ回転ブラックホールが、系外銀河に存在する証拠を固め、また銀河群で激しい粒子加速が生じている観測的な証拠をえた。硬X線検出器(HXD)を完成させ、環境試験および地上較正試験を経て、ASTRO-E衛星に搭載した。平成12年2月10日の衛星打ち上げは痛恨ながらロケットの不具合のため失敗に帰したが、直ちに再挑戦に向け始動している。宇宙ガンマ線観測では、米国で計画中のGLAST衛星にシリコンストリップ検出器が正式に採択され、我々の開発が将来に直結する見通しが開けた。
3.カナダLynnlakeに於いて太陽活動中庸期における反陽子、一次宇宙線の観測を行った。異なる大気深さ(上昇中:800g/cm^2〜5g/cm^2、乗鞍山々頂:700g/cm^2)での電子、ミュー粒子、反陽子等の宇宙線スペクトルを測定した。これまで蓄積したデータを解析し、研究の総括を行った。
4.原始銀河・球状星団の形成過程のシミュレーションにより、星系の化学的力学的特徴をよく再現するモデルの構築に成功した。いくつかの特異な超新星を解析し、ガンマ線バーストを起こすほどの大爆発であることを明らかにした。Ia型超新星の分散の原因をつきとめ宇宙論への応用の基礎を強固にした。
5.MAGNUM望遠鏡は米国の工場で機能試験を行った後、ハレアカラ観測所に運搬しファーストライトを果した。またビームスプリッタ及びフィルタの性能向上、カメラ制御ソフトウェアの開発、各ソフトウエアのコンポーネントの統合・試験を始め、雲量監視装置の試験観測を開始した。
6.スローンディジタルスカイサーベイの試験観測で得られたデータを解析し、最遠記録を塗り替えるものを含む遠方のクエーサー、低温褐色矮星などを発見した。銀河進化に関する観測的制限を調査し、測光的赤方偏移の推定法を改良した。すばるを用いた初期試験観測を行った。
7.超重力理論と重い右巻ニュートリノの崩壊による宇宙のバリオン数生成メカニズムとの整合性について調べた。これは宇宙のインフレーションのメカニズムに大きく依存する。私達は、超重力子の問題を回避でき、しかも充分な宇宙のバリオン数を生成できる自然なインフレーション模型を超重力理論の枠組のなかで発見した。
8.昨年度に引き続き、富士山頂サブミリ波望遠鏡を用いて中性炭素原子の492GHzのスペクトル線の広域観測を遂行した。その結果、新たに15平方度の領域をサーベイでき、分子雲形成過程が雲によって大きく異なることを見出した。中性炭素原子の809GHzスペクトル線の観測にも成功した。
9.高赤方偏移天体の宇宙論的統計解析における光円錐効果の重要性を指摘し、定式化した。宇宙論的赤方偏移効果の観測可能性をシミュレーションを用いて検証した。
10.ボロメータによる暗黒物質の直接検出実験では、宇宙線の影響が十分少ない神岡宇宙素粒子研究施設に装置を移設し、定常的な観測が行なわれた。超伝導電磁石による太陽axion検出実験では、磁場領域を極低温高密度のヘリウムガスで満しX線が見かけ上質量を持つようにし、質量が1電子ボルト弱程度のアクシオンに感度が出るようにした。
11.本年度は超重力理論の枠組で構築したニュー・インフレーション・モデルに関して、その初期値問題を解決するためにプレ・インフレーションを導入した場合の宇宙の大規模構造の形成に与える影響を調べ,このモデルが観測された銀河分布を良く再現できることが分かった。
12.銀河初期の化学進化を記述する新しいモデルを提案し、観測された重元素量に対する星の個数分布を再現した。観測されたBa/Mg-Mg/Hの組成比の相関を用いてr過程によって合成される元素の起源を特定し、Euの組成に対してSUBARUで検証可能な予言を行った。

研究成果

• [文献書誌] K.Yoshikawa: "Reconstructing the radial profiles of gas density and temperature in clusters of galaxies from high-resolution X-ray and radio observations"Ap.J.. 513. 549-554 (1999)
• [文献書誌] E.Komatsu: "Submillimeter detection of the Sunyaev--Zel'dovich effect toward the most luminous X-ray cluster at z=0.45"Ap.J.(Letters). 516. L1-L4 (1999)
• [文献書誌] K.Yamamoto: "Two-point correlation functions of high-redshift objects : an explicit formulation on a light-cone hypersurface"Ap.J.. 517. 1-12 (1999)
• [文献書誌] Y.Suto: "Deciphering cosmological information from redshift surveys of high-z objects--the cosmological light-cone effect and redshift-space distortion--"Prog.Theo.Phys.Supp.. 133. 183-210 (1999)
• [文献書誌] K.Yamamoto: "The cosmological light-cone effect on the power spectrum of galaxies and quasars in wide-field redshift surveys"Ap.J.. 527. 488-497 (1999)
• [文献書誌] H.Magira: "Cosmological Redshift-space distortion on clustering of high-redshiftobjects : correction for nonlinear effects in power spectrum and tests with N-body simulations"Ap.J.. 528. 30-50 (2000)
• [文献書誌] Y.Suto: "Cosmological implications of galaxy clusters in X-ray, millimeter and submillimeter bands"Adv.Space Res.. 25. 771-780 (2000)
• [文献書誌] Y.P.Jing: "Density Profiles of Dark Matter Halo are not Universal"Ap.J.(Letters). 529. L69-L72 (2000)
• [文献書誌] T.Tsujimoto: "Chemical Evolution of the Galactic Halo through Supernova-Induced Star Formation and Its Implication for Population III Stars"Ap.J.. 519. L63-L67 (1999)
• [文献書誌] R.Saito: "A Possible Model Of Persistent X-Ray-Luminous Gas Around The Giant Elliptical Galaxy M87"Ap.J.. 519. 48-54 (1999)
• [文献書誌] T.Tsujimoto: "Probing the Sitefor R-Process Nucleosynthesis with Abundances of Barium And Magnesium In Extremely Metal-Poor Stars"Ap.J.. 531. L33-L36 (2000)
• [文献書誌] H.Maezawa: "Large-Scale Mapping Observations of the CI 3P1-3P0 Line toward Heiles Cloud 2 in the Taurus Dark Cloud"Ap.J.. 524. L129-L132 (1999)
• [文献書誌] M.Ikeda: "Large-Scale Mapping Observations of the CI(3P1-3P0)and CO(J=3-2)Lines toward the Orion A Molecular Cloud"Ap.J.. 527. L59-L62 (1999)
• [文献書誌] Y.Terada: "A Peculiar X-Ray Transient Source, AX J1842.8-0423,Discovered with ASCA"Publ.Astr.Soc.Japan. 51. 39 (1999)
• [文献書誌] J.Sato: "Improvement of YOHKOH Hard X-Ray Imaging"Publ.Astr.Soc.Japan. 51. 127 (1999)
• [文献書誌] T.Syuniti: "Magnetic Reconnection as the Origin of Galactic-Ridge X-Ray Emission"Publ.Astr.Soc.Japan. 51. 161 (1999)
• [文献書誌] K.Kikuchi: "ASCA Measurements of Metallicity and Temperature Distributions in Three Clusters : A4059,MKW 3s, and 2A 0335+096"Publ.Astr.Soc.Japan. 51. 301 (1999)
• [文献書誌] T.Mizuno: "ASCA Observations of Two Ultra-Luminous Compact X-Ray Sources in the Edge-On Spiral Galaxy NGC 4565"Publ.Astr.Soc.Japan. 51. 663 (1999)
• [文献書誌] U.Hwang: "Mass and Metallicity of Five X-Ray-bright Galaxy Groups"Ap.J.. 516. 604 (1999)
• [文献書誌] Y.Ueda: "LogN-LogS Relations and Spectral Properties of Sources from the ASCA Large Sky Survey : Their Implications for the Origin of the Cosmic X-Ray Background (CXB)"Ap.J.. 518. 656 (1999)
• [文献書誌] Y.Ueda: "The ASCA Medium-Sensitivity Survey (The GIS Catalog Project) : Source Counts and Evidence for Emerging Population of Hard Sources"Astrophys.J.. 524. L11 (1999)
• [文献書誌] I.Yasushi: "Two-Phase Intracluster Medium in the Centaurus Cluster of Galaxies"Astrophys.J.. 525. 58 (1999)
• [文献書誌] K.Makishima: "Cyclotron Resonance Effects in Two Binary X-Ray Pulsars and the Evolution of Neutron Star Magnetic Fields"Astrophys.J.. 525. 978 (1999)
• [文献書誌] J.Kataoka: "Variability Pattern and the Spectral Evolution of the BL Lacertae Object PKS 2155-304"Astrophys.J.. 528. 243 (2000)
• [文献書誌] K.Kikuchi: "Detection of an X-Ray Hot Region in the Virgo Cluster of Galaxies with ASCA"Astrophys.J.. 531. L95 (2000)
• [文献書誌] Y.Fukazawa: "Statistical Properties of Metal Abundances of the Intracluster Medium in the Central Region of Clusters"Mon.Not.Roy.Astr.Soc.. 313. 21 (2000)
• [文献書誌] D.Watson: "Simultaneous Multifrequency Observations of the BL Lac MS 0205.7+3509"A & A. 345. 414 (1999)
• [文献書誌] K.Makishima: "Energy Non-Equipartition Processes in the Universe"Astron.Nach.. 320. 163 (1999)
• [文献書誌] Y.Fukazawa: "ASCA Observations of Non-Thermal Emissions from Groups of Galaxies"Astron.Nach.. 320. 197 (1999)
• [文献書誌] M.Tashiro: "ASCA Measurements of Non-Thermal Pressures in the Radio Lobes"Astron.Nach.. 320. 217 (1999)
• [文献書誌] K.Nakazawa: "ASCA Observation of Diffuse X-ray Source RXJ1833.6+6520, a Candidate for Dark Cluster?"Astron.Nach.. 320. 294 (1999)
• [文献書誌] N.Iyomoto: "Long-Term Variability of the M81 Nucleus"Astron.Nach.. 320. 300 (1999)
• [文献書誌] M.Sugibo: "ASCA Observation of the BL Lac Object PKS 1413+135 Embedded in a Spiral Galaxy"Astron.Nach.. 320. 316 (1999)
• [文献書誌] A.Kubota: "ASCA Observations of the X-ray Transient XTE J1550-564:Change of Accretion Disk Parameters"Astron.Nach.. 320. 353 (1999)
• [文献書誌] T.Mizuno: "ASCA Observation of Ultra-Luminous X-Ray Sources and Interpretation of their Nature"Astron.Nach.. 320. 356 (1999)
• [文献書誌] Y.Matsumoto: "Angular Response of the Hard X-Ray Detector (HXD) onboard ASTRO-E"Astron.Nach.. 320. 356 (1999)
• [文献書誌] Y.Terada: "The Digital Data Processing System of the ASTRO-E Hard X-Ray Detector"Astron.Nach.. 320. 377 (1999)
• [文献書誌] W.Ootani: "First Results from Dark Matter Search Experiment in the Nokogiriyama Underground Cell"Phys.Lett.. B461. 371-375 (1999)
• [文献書誌] X.Fan: "High-Redshift Quasars Found in Sloan Digital Sky Survey Commissioning Data"Astron.J.. 118. 1-13 (1999)
• [文献書誌] X.Fan: "High-Redshift Quasars Found in Sloan Digital Sky Survey Commissioning Data. II. The Spring Equatorial Stripe"Astron.J.. 119. 1-11 (2000)
• [文献書誌] X.Fan: "L Dwarfs Found in Sloan Digital Sky Survey Commissioning Imaging Data"Astron.J.. 119. 928-935 (2000)
• [文献書誌] H.Hanami: "Merging Young Clusters in the Shapley Supercluster"Astrophys.J.. 521. 90-98 (1999)
• [文献書誌] X.Fan: "The Discovery of a High-Redshift Quasar without Emission Lines from Sloan Digital Sky Survey Commissioning Data"Astrophys.J.. 526. L57-L60 (1999)
• [文献書誌] F.Nakata: "Probing the evolution of early-type galaxies using multicolour number counts and redshift distributions"MNRAS. 309. L25-L29 (1999)
• [文献書誌] N.Kaifu: "The First Light of the Subaru Telescope : A New Infrared Image of the Orion Nebula"Publ.Astron.Soc.Japan. 52. 1-8 (2000)
• [文献書誌] M.Iye: "Subaru First-Light Deep Photometry of Galaxies in A851 Field"Pub.Astron.Soc.Japan. 52. 9-24 (2000)
• [文献書誌] Y.Komiyama: "High-Resolution Images of the Ring Nebula Taken With the Subaru Telescope"Pub.Astron.Soc.Japan. 52. 93-98 (2000)
• [文献書誌] S.Okamura: "Color of Dwarf Galaxies in the Coma Cluster"in IAU Symp.183 'Cosmological Parameters and the Evolution of the Universe' (ed.K.Sato : Dordrecht, Boston : Kluwer Academic). 160 (1999)
• [文献書誌] W.Kawasaki: "Possible Supercluster at z&sim ; 0.25 towards the South Galactic Pole"in IAU Symp.183 'Cosmological Parameters and the Evolution of the Universe' (ed.K.Sato : Dordrecht, Boston : Kluwer Academic). 254 (1999)
• [文献書誌] K.Shimasaku: "Measuring the Density Fluctuation From the Cluster Gas Mass Function"in IAU Symp.183 'Cosmological Parameters and the Evolution of the Universe' (ed.K.Sato : Dordrecht, Boston : Kluwer Academic). 267 (1999)
• [文献書誌] M.Yagi: "Type-Specific Luminosity Functions of Nearby Clusters of Galaxies"in IAU Symp.183 'Cosmological Parameters and the Evolution of the Universe' (ed.K.Sato : Dordrecht, Boston : Kluwer Academic). 272 (1999)
• [文献書誌] S.Okamura: "The Sloan Digital Sky Survey is about to start"Newsletter No.11 of Working Group on Sky Surveys, IAU Com.9. 11-19 (1999)
• [文献書誌] S.Tsubaki: "The Cosmic Ray Induced Gamma Rays in the Coma and Virgo Clusters"Prog.Theor.Phys.. 101. 1391-1396 (1999)
• [文献書誌] S.Yamada: "Neutrino-nucleon reaction rates in the supernova core in the relativistic random phase approximation"Phys.Rev.C. 61. 015803-1-015803-16 (2000)
• [文献書誌] S.Yamada: "Reduction of neutrino-nucleon scattering rate by nucleon-nucleon collisions"Nucl.Phys.A. 662. 219-232 (2000)
• [文献書誌] T.Shiromizu: "Generation of a magnetic field due to excited Q-balls"Phys.Rev.D. 58. 107301-1-107301-4 (1999)
• [文献書誌] T.Shiromizu: "Perturbation analysis of deformed Q-balls and primordial Magnetic field"Phys.Rev.D. 59. 125010-1-125010-8 (1999)
• [文献書誌] T.Shiromizu: "Gravitational mass in asymptotically de Sitter space-times with compactified dimensions"Phys.Rev.D. 60. 064019-1-064019-5 (1999)
• [文献書誌] T.Shiromizu: "Stringy probe particle and force balance"Phys.Rev.D. 60. 104046-1-104046-6 (1999)
• [文献書誌] T.Shiromizu: "Space-Times which are asymptotic to certain FRW space-times at Timelike Infinity"Class.Quant.Grav.. 16. 2955 (1999)
• [文献書誌] T.Shiromizu: "Dilatonic Probe, Force Balance and Gyromagnetic Ratio"Phys.Lett.B. 460. 141 (1999)
• [文献書誌] H.Yahagi: "The forest method as a new parallel tree method with the section voronoi tessellation"Astrophys.J.Supp.. 124. 1-9 (1999)
• [文献書誌] T.Tsujimoto: "Chemical evolution of the galactic halo through supernovainduced star formation and its implication for population III stars"Astrophys.J.Lett.. 519. 63-67 (1999)
• [文献書誌] T.K.Suzuki: "Evolution of beryllium and boron in the inhomogeneous early galaxy"Astrophys.J.Lett.. 522. 125-128 (1999)
• [文献書誌] T.Tsujimoto: "Probing the Site for R-Process Nucleosynthesis with Abundances of Barium and Magnesium in Extremely Metalpoor Stars"Astrophys.J.. 531. L33-L36 (2000)
• [文献書誌] M.Chiba: "Three-dimensional kinematics of metal-poor stars revealed from HIPPARCOS observations"The Third Stromlo Symp."The Galactic Halo". 269-273 (1999)
• [文献書誌] T.Tsujimoto: "The absolute magnitude of RR Lyrae stars derived from the hipparcos catalogue"ASP conf.. 167. 332-335 (1999)
• [文献書誌] S.Orito: "Precision Measurement of Cosmic-Ray Antiproton Spectrum"Phys.Rev.Lett.. 84・6. 1078-1081 (2000)
• [文献書誌] Z.Wang: "Measurement of Cosmic-Ray H and He Isotopes in a Series of Annual Balloon Flights"Proc.26th Intl.Cosmic Ray Conf.. 3. 37-40 (1999)
• [文献書誌] K.Yoshimura: "Measurement of Cosmic-Ray Antiproton Spectrum in the Energy Range 0.18 to 3.56〜GeV at Solar Minimum"Proc.26th Intl.Cosmic Ray Conf.. 3. 81-84 (1999)
• [文献書誌] M.Nozaki: "A Search for Antihelium down to 10^<-6> Relative to Helium"Proc.26th Intl.Cosmic Ray Conf.. 3. 85-88 (1999)
• [文献書誌] T.Sanuki: "A Precise Measurement of Cosmic-Ray Proton Spectrum with BESS Spectrometer"Proc.26th Intl.Cosmic Ray Conf.. 3. 93-96 (1999)
• [文献書誌] M.Kawasaki: "Primordial Black Hole Formation in Supergravity"Phys.Rev.. D59. 043512-1-043512-7 (1999)
• [文献書誌] T.Asaka: "Cosmological Moduli Problem and Oscillating Inflation in Gauge-Mediated Supersymmetry Breaking"Phys.Lett.. B451. 317-323 (1999)
• [文献書誌] M.Yamaguchi: "Evolution of Axionic Strings and Spectrum of Axions Radiated from Them"Phys.Rev.Lett.. 82. 4578-4581 (1999)
• [文献書誌] M.Kawasaki: "Cosmological constraints on late-time entropy production"Phys.Rev.Lett.. 82. 4168-4171 (1999)
• [文献書誌] K.-I.Izawa: "R-invariant Topological Inflation"Prog.Theor.Phys.. 101. 1129-1133 (1999)
• [文献書誌] T.Asaka: "Superheavy Dark Matter and Thermal Inflation"Phys.Rev.. D60. 103518-1-103518-6 (1999)
• [文献書誌] T.Asaka: "Cosmological Moduli Problem and Thermal Inflation Models"Phys.Rev.. D60. 123509-1-123509-25 (1999)
• [文献書誌] T.Asaka: "Leptogenesis in Inflaton Decay"Phys.Lett.. B464. 12-18 (1999)
• [文献書誌] T.Asaka: "Initial Condition for New inflation in Supergravity"Phys.Rev.. D61. 027303-1-027303-4 (2000)
• [文献書誌] T.Kanazawa: "Double Inflation in Supergravity and the Large Scale Structure"Phys.Rev.. D61. 023517-1-023517-9 (2000)
• [文献書誌] S.Kasuya: "Q-ball Formation through Affleck-Dine Mechanism"Phys.Rev.. D61. 041301-1-041301-4 (2000)
• [文献書誌] K.Nomoto: "Supernova Nucleosynthesis, Chemical Evolution, and Cosmic Supernova Rate"Astrophys.Sp.Sci.. 265. 37-47 (1999)
• [文献書誌] K.Nomoto: "A Hypernova Model for the Peculiar Type Ic Supernova 1997ef"Astron.Nach.. 320. 265-268 (1999)
• [文献書誌] M.Itoh: "X-ray Light Curve of SN1987A Observed with ASCA"Astron.Nach.. 320. 333 (1999)
• [文献書誌] C.Kobayashi: "Cosmic Supernova Rates in Cluster vs.Field Galaxies"Astron.Nach.. 320. 334 (1999)
• [文献書誌] S.Kumagai: "Models of Type Ia Supernovae"Astron.Nach.. 320. 336 (1999)
• [文献書誌] T.R.Young: "Binary Supernovae : A Theoretical Study of Double Explosions"Astron.Nach.. 320. 345 (1999)
• [文献書誌] T.Nakamura: "A 'Hypernova' Model for the Supernova 1998bw Possibly Associated with GRB980425"Astron.Nach.. 320. 363 (1999)
• [文献書誌] H.Umeda: "Evolution of 3-9 Mo Stars for Z=0.001-0.03 and Metallicity Effects on Type Ia Supernovae"Astrophys.J.. 513. 861-868 (1999)
• [文献書誌] C.Chiappini: "The Earliest Phases of Galaxy Evolution"Astrophys.J.. 515. 226-238 (1999)
• [文献書誌] T.Nakamura: "Nucleosynthesis in Type II Supernovae and the Abundances in Metal-Poor Stars"Astrophys.J.. 517. 193-208 (1999)
• [文献書誌] I.Hachisu: "A New Evolutionary Path to Type Ia Supernovae : Reexamination of Luminous Supersoft X-Ray Sources"Astrophys.J.. 519. 314-323 (1999)
• [文献書誌] H.Umeda: "The Origin of Diversity of Type Ia Supernovae and Environmental Effects"Astrophys.J.. 522. L43-L47 (1999)
• [文献書誌] I.Hachisu: "A Wide Symbiotic Channel of Type Ia Supernovae"Astrophys.J.. 522. 487-503 (1999)
• [文献書誌] S.Wanajo: "Nucleosynthesis in ONeMg Novae : Models vs. Observations to Constrain the Masses of ONeMg White Dwarfs and Their Envelopes"Astrophys.J.. 523. 409-431 (1999)
• [文献書誌] H.Umeda: "The Ejection of Relativistic Bullets from Supernovae and the Generation of Gamma-Ray Bursts"Astrophys.J.. 528. L89-L93 (2000)
• [文献書誌] K.Iwamoto: "Nucleosynthesis in Chandrasekhar Mass Models for Type Ia Supernovae and Constraints on Progenitor Systems and Burning Front Propagation"Astrophys.J.Supp.. 125. 439-462 (1999)