銀河間物質の発見に向けた偏波観測シミュレータの開発

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K17614
• 研究機関: 鹿児島大学
• 研究代表者: 赤堀 卓也 鹿児島大学, 理工学研究科, 准教授 (70455913)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 電波天文学 / 磁場 / 偏波 / 宇宙大規模構造 / SKA計画

研究実績の概要

本研究はセンチ波メートル波の大型計画SKAに向けて、宇宙磁場の研究を進めるものである。特に宇宙大規模構造の磁場に着目し、その発見にむけた偏波観測シミュレータの開発を進める。当該年度においては、介在銀河ならびに偏波源の理論モデルを作る予定であった。
上半期は、当初の予定どおり別任務にて長期海外出張を行った。予定よりも長い滞在期間となったため、介在銀河の研究の達成は次年度に先送りした。出張中は計画どおり情報収集を進め、そしてシミュレータの開発に必要な計算機を問題なく調達し整備した。
下半期は、予定された偏波源(電波銀河やクェーサー)の理論モデルの構築の代わりに、緊急性が高いと思われる高速電波バースト(FRB)の研究を進めた。FRBは本研究計画の提案後(2014年)ごろから急速に議論の盛り上がりを見せ、銀河系外からの新しいメッセンジャーとして特に注目を集めている。FRBからは分散測度(DM)と回転測度(RM)が検出されている。報告者はFRBを本研究が位置付ける「偏波源」となり得るかについて理論研究を行うことにした。そのような研究が迅速にできるのは世界でも僅かであり、報告者が一番近い位置にいた。
研究の結果、DMとRMを使った古典的な平均磁場の推定方法(=RM/DM)は、宇宙論的な文脈で適切ではないことを明らかにした。そしてFRBの赤方偏移が分からなくても、DMを使いおおよそ推定できる新しい補正式を明らかにする重要な成果を得た。この結果は、FRBが宇宙大規模構造の磁場の探査に原理的には活用できることを示す大きな意義がある。研究成果は2015年2月にApJ誌に投稿された。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当該年度では、介在銀河ならびに偏波源の理論モデルを作る予定であった。
介在銀河の研究は進捗した。具体的には、モデルに盛り込まれていない銀河のハロー成分について共同研究者と議論を進め、先行研究に基づいた追加の成分を盛り込むことにした。そのモデルを数値的に構築しシミュレータに実装した。その修正したモデルを用いて系外銀河の計算を進めている。ただし、解析し論文等の成果にするまでには至らず、最終的な研究の達成は次年度に先送りした。これは予定より本研究に割ける時間が少なくなったためである。しかしながら、2016年度は当初予定より研究に割ける時間が多くなると見込んでいるため、この先送り分を取り戻すことは難しくないと考えている。
偏波源の研究は当初の予定と異なる方向に進捗した。高速電波バースト(FRB)という新現象への注目が高まり、本研究の目的と直接関係があること、そして緊急性が高いことから、FRBの研究を行った。これについては十分な進展があり、世界的にも先鞭をつけることができた。さらに研究の途上で、シミュレータのライブラリの充実などの改善を進めることができた。これは2016年度に予定していたシミュレータ開発を先取りしたことになる。一方で結果として、当初予定していた電波銀河やクェーサーなどのモデル化は達成できていない。
以上を総合すると、研究は概ね順調に進展しているといえる。当初の予定と異なる進捗もあるが、その新展開も柔軟に取り込みながら建設的に発展できていると言えるだろう。

今後の研究の推進方策

当初の2016年度の予定は、偏波源の理論モデルを完成させシミュレータへ実装を進めることである。そして2017年度の予定は、ファラデートモグラフィー技術の適用と、SKAの豪州試験機ASKAPからの初期科学運用データを使った検証である。
ここまでの研究進捗を踏まえて、基本的には当初の研究計画に沿う形で研究を進めることにする。遅れている介在銀河の研究を取り急ぎまとめ、そして偏波源の理論モデルの構築を目指す。ここで偏波源として電波銀河やクェーサーだけでなく、FRBにも引き続き対応し、研究業界のトレンドも見定めながら優先度を定めて進めることにする。当初の研究計画にあるように、偏波源のモデルについてはある程度単純にすることができると見込んでおり、今後の進捗をみながら最終目標を見失わずに進めていく予定である。得られる成果は欧文査読付き論文に投稿し、国内外の研究会にて成果発表する。
また平行して、最終年度に向けて、シミュレータの出力にファラデートモグラフィーを適用する準備を始める。プログラムの雛形はあるのでそれを活用する。シミュレータプログラム全体の可用性や判読性の整備も合わせて進める。

次年度使用額が生じた理由

複数社にて見積もり比較を行った結果、当初の予定額より割引で計算機を調達できたため。

次年度使用額の使用計画

研究会参加のための旅費として使用する。

研究成果

• [国際共同研究] UNIST(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: UNIST
• [国際共同研究] University of Toronto(Canada)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: University of Toronto
• [国際共同研究] University of Sydney(Australia)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: University of Sydney
• [国際共同研究] University of Cape Town(南アフリカ)
  • 国名: 南アフリカ
  • 外国機関名: University of Cape Town
• [国際共同研究] Radboud University Nijmegen/ASTRON(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: Radboud University Nijmegen/ASTRON
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 6
• [雑誌論文] Discovery of a nearby early-phase major cluster merger CIZA J1358.9-4750 (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kato, K. Nakazawa, L. Gu, T. Akahori, M. Takizawa, Y. Fujita, K. Makishima
  • 雑誌名: Publications of Astronomical Society of Japan 巻: 67 ページ: 71, 78
  • DOI: 10.1093/pasj/psv029
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] JVLA S and X-band Polarimetry of the Merging Cluster Abell 2256 (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ozawa, H. Nakanishi, T. Akahori, K. Anraku, M. Takizawa, I. Takahashi, S. Onodera, Y. Tsuda, Y. Sofue
  • 雑誌名: Publications of Astronomical Society of Japan 巻: 67 ページ: 110, 122
  • DOI: 10.1093/pasj/psv082
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Using the Rotation Measure Grid to Reveal the Mysteries of the Magnetized Universe (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Johnston-Hollitt, F. Govoni, R. Beck, S. Dehghan, L. Pratley, T. Akahori, G. Heald, I. Agudo, A. Bonafede, E. Carretti, T. Clarke, S. Colafrancesco, T.A. Ensslin, L. Feretti, B. Gaensler, M. Haverkorn, S.A. Mao, N. Oppermann, L. Rudnick, A. Scaife, D. Schnitzeler, J. Stil, A. R. Taylor, and V. Vacca
  • 雑誌名: Advancing Astrophysics with the Square Kilometre Array 巻: 92 ページ: 1, 18
  • DOI: 2015aska.confE..92J
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SKA Deep Field and Cosmic Magnetism (2015)
  • 著者名/発表者名: A. R. Taylor, I. Agudo, T. Akahori, R. Beck, B. M. Gaensler, G. H. Heald, M. Johnston-Hollitt, M. Langer, L. Rudnick, D. Ryu, A. Scaife, D. Schleicher, J. M. Stil
  • 雑誌名: Advancing Astrophysics with the Square Kilometre Array 巻: 113 ページ: 1, 9
  • DOI: 2015aska.confE.113T
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measuring Magnetism in the Milky Way with the Square Kilometre Array (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Haverkorn, T. Akahori, E. Carretti, K. Ferriere, P. Frick, B. Gaensler, G. Heald, M. Johnston-Hollitt, D. Jones, T. Landecker, S. A. Mao, A. Noutsos, N. Oppermann, W. Reich, T. Robishaw, A. Scaife, D. Schnitzeler, R. Stepanov, X. Sun, R. Taylor
  • 雑誌名: Advancing Astrophysics with the Square Kilometre Array 巻: 96 ページ: 1, 19
  • DOI: 2015aska.confE..96H
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Broadband Polarimetry with the Square Kilometre Array: A Unique Astrophysical Probe (2015)
  • 著者名/発表者名: B. M. Gaensler, I. Agudo, T. Akahori, J. Banfield, R. Beck, E. Carretti, J. Farnes, M. Haverkorn, G. Heald, D. Jones, T. Landecker, S. A. Mao, R. Norris, S. O'Sullivan, L. Rudnick, D. Schnitzeler, N. Seymour, X. Sun
  • 雑誌名: Advancing Astrophysics with the Square Kilometre Array 巻: 103 ページ: 1, 13
  • DOI: 2015aska.confE.103G
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Unravelling the Origin of Large-Scale Magnetic Fields in Galaxy Clusters (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Bonafede, F. Vazza, M. Brüggen, T. Akahori, E. Carretti, S. Colafrancesco, L. Feretti, C. Ferrari, G. Giovannini, F. Govoni, M. Johnston-Hollitt, M. Murgia, L. Rudnick, A. Scaife, V. Vacca
  • 雑誌名: Advancing Astrophysics with the Square Kilometre Array 巻: 95 ページ: 1, 9
  • DOI: 2015aska.confE..95B
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] The SKA Project (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Akahori
  • 学会等名: Australia-Japan Joint Workshop on Low Frequency Astrometry
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • 年月日: 2016-03-28 – 2016-03-31
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] SKAで探る宇宙 (2016)
  • 著者名/発表者名: 赤堀卓也
  • 学会等名: 高エネルギー宇宙物理学懇談会シンポジウム
  • 発表場所: 東京理科大学（東京都新宿区）
  • 年月日: 2016-03-23 – 2016-03-25
  • 招待講演
• [学会発表] SKA時代のFRBを用いた銀河間物質の探査 (2016)
  • 著者名/発表者名: 赤堀卓也, D. Ryu, B. M. Gaensler
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 首都大学東京（東京都八王子市）
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-17
• [学会発表] センチ波偏波観測のサイエンスと将来計画 (2016)
  • 著者名/発表者名: 赤堀卓也
  • 学会等名: 宇宙電波懇談会シンポジウム
  • 発表場所: 国立天文台（東京都三鷹市）
  • 年月日: 2016-03-09 – 2016-03-10
  • 招待講演
• [学会発表] センチ波偏波観測のサイエンスと将来計画 (2016)
  • 著者名/発表者名: 赤堀卓也
  • 学会等名: 偏波・偏光研究会
  • 発表場所: 茨城大学（茨城県水戸市）
  • 年月日: 2016-01-28
  • 招待講演
• [学会発表] FRBで探る銀河間物質 (2015)
  • 著者名/発表者名: 赤堀卓也
  • 学会等名: 日本SKAサイエンス会議「宇宙磁場」2015(第4回)
  • 発表場所: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
  • 年月日: 2015-09-17 – 2015-09-19
• [学会発表] SKAで探るミッシングバリオンと銀河間磁場 (2015)
  • 著者名/発表者名: 赤堀卓也
  • 学会等名: 日本天文学会
  • 発表場所: 甲南大学（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-09-09 – 2015-09-11
• [学会発表] Proving RM due to the IGMF with SKA (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Akahori
  • 学会等名: Origin, Evolution, and Signature of Cosmological Magnetic Fields
  • 発表場所: Stockholm (Sweden)
  • 年月日: 2015-06-22 – 2015-06-26
  • 国際学会