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2018 年度 実績報告書

広帯域電波観測による銀河の3次元構造の解明と宇宙論的磁場の検出

研究課題

研究課題/領域番号 16H05999
研究機関熊本大学

研究代表者

高橋 慶太郎  熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 准教授 (80547547)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード宇宙磁場 / ファラデートモグラフィ / 電波天文学 / 宇宙再電離 / 21cm線
研究実績の概要

銀河の3次元構造を探り、銀河磁場の起源やダイナモ機構などについての知見を得るためのファラデートモグラフィに関する研究を行った。まず、実際の観測においてどのような周波数帯域で観測をすれば最も効率良く情報を得られるか、人工電波などの影響を考慮しながらシミュレーションし、ファラデートモグラフィ観測の最適な周波数帯域を得た。またファラデートモグラフィの1つの手法であるQU-fittingについて、それが様々な天体に対してどの程度の正確さで情報を引き出すことができるのかをシミュレーションした。さらに電波望遠鏡LOFARの巨大電波銀河の観測で得られたファラデー回転度を使って、宇宙大規模構造のフィラメントに存在する磁場を探る研究を行い、フィラメントに付随する微弱な磁場の存在が示唆された。

また、宇宙再電離期の中性水素21cm線の観測に向けた準備研究を行った。特に、ライマンアルファ銀河やマイクロ波宇宙背景放射と21cm線との相互相関により、前景放射の影響を軽減してシグナルを検出しやすくする手法を開拓した。前者については数値シミュレーションのデータを使って観測誤差の評価や前景放射の影響を調べ、現行の電波望遠鏡MWAや将来計画であるSKAでの観測可能性を議論した。また、後者についてはMWAとPlanckの実際の観測データを用いて相互相関に上限を与えた。また、EDGESのグローバルシグナルの観測データを使った原始揺らぎのパワースペクトルへの制限を評価した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

電波望遠鏡LOFARやMWAの観測データが想定より早く得られたため、それを使った宇宙磁場研究や宇宙再電離研究をすることができた。前者ではフィラメントに付随した磁場の存在が示唆された。後者では宇宙再電離21cm線とマイクロ波宇宙背景放射の相互相関への上限が得られた。このように、シミュレーションではなく実際の観測データを用いた研究が進展した。

今後の研究の推進方策

平成30年度に引き続き、ファラデートモグラフィの研究を行う。これまで用いてきたスタンダードな手法に、スパースモデリングのような先進的な解析手法を取り入れ、より正確で効率的なファラデートモグラフィソフトウェアを開発する。そしてそれをLOFARやMWAの観測データに適用して実際にファラデートモグラフィを行う。それとともに得られたファラデースペクトルから天体についてどのような物理的情報が得られるかを議論し、グローバルな磁場や乱流、宇宙線電子の分布などを探る手法を提案する。これらの研究のために大学院生をオーストラリアのCSIROやオランダのラドバウド大学などに派遣し、現地の解析チームと共同研究を進める。

宇宙再電離21cm線に関しても引き続きMWAとの共同研究を進める。そのために大学院生をメルボルン大学に派遣して観測データの取得やデータ解析の習得を図るとともに、相互相関解析のためのソフトウェアを開発する。MWA phase 2データとすばるHSCのライマンアルファ銀河サーベイのデータを用いて、それらの相互相関を解析し、上限をつけることを目標とする。また、MWAデータの自己相関についてはパワースペクトルだけでなくバイスペクトルや1点関数など、多様な統計量についての解析を行う。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] CSIRO/メルボルン大学/カーティン大学(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      CSIRO/メルボルン大学/カーティン大学
  • [国際共同研究] ハンブルグ大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ハンブルグ大学
  • [雑誌論文] The intergalactic magnetic field probed by a giant radio galaxy2019

    • 著者名/発表者名
      O’Sullivan S. P.、et al.
    • 雑誌名

      Astronomy & Astrophysics

      巻: 622 ページ: A16~A16

    • DOI

      10.1051/0004-6361/201833832

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Sensitivity of new detection method for ultra-low-frequency gravitational waves with pulsar spin-down rate statistics2018

    • 著者名/発表者名
      Yonemaru Naoyuki、Kumamoto Hiroki、Takahashi Keitaro、Kuroyanagi Sachiko
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 478 ページ: 1670~1676

    • DOI

      10.1093/mnras/sty976

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Detectability of 21?cm-signal during the Epoch of Reionization with 21?cm-Lyman-α emitter cross-correlation ? II. Foreground contamination2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshiura S、Line J L B、Kubota K、Hasegawa K、Takahashi K
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 479 ページ: 2767~2776

    • DOI

      10.1093/mnras/sty1472

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Detectability of the 21-cm signal during the epoch of reionization with 21-cm Lyman α emitter cross-correlation ? I2018

    • 著者名/発表者名
      Kubota Kenji、Yoshiura Shintaro、Takahashi Keitaro、Hasegawa Kenji、Yajima Hidenobu、Ouchi Masami、Pindor B、Webster R L
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 479 ページ: 2754~2766

    • DOI

      10.1093/mnras/sty1471

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Impact of EDGES 21-cm global signal on the primordial power spectrum2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshiura Shintaro、Takahashi Keitaro、Takahashi Tomo
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 98 ページ: 063529

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.98.063529

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Optimum frequency of Faraday tomography to explore the intergalactic magnetic field in filaments of galaxies2018

    • 著者名/発表者名
      Akahori Takuya、Ideguchi Shinsuke、Aoki Takahiro、Takefuji Kazuhiro、Ujihara Hideki、Takahashi Keitaro
    • 雑誌名

      Publications of the Astronomical Society of Japan

      巻: 70 ページ: 115

    • DOI

      10.1093/pasj/psy124

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Performance test of QU-fitting in cosmic magnetism study2018

    • 著者名/発表者名
      Miyashita Yoshimitsu、Ideguchi Shinsuke、Nakagawa Shouta、Akahori Takuya、Takahashi Keitaro
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 482 ページ: 2739~2749

    • DOI

      10.1093/mnras/sty2862

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Study of systematics effects on the cross power spectrum of 21?cm line and cosmic microwave background using Murchison Widefield Array data2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshiura S、Ichiki K、Pindor B、Takahashi K、Tashiro H、Trott C M
    • 雑誌名

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      巻: 483 ページ: 2697~2711

    • DOI

      10.1093/mnras/sty3248

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 「Pulsar studies in SKA Japan」2019

    • 著者名/発表者名
      Keitaro Takahashi
    • 学会等名
      Asia SKA Initiative On NS Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 「Toward the Detection of Cosmological HI 21cm line Emission」2019

    • 著者名/発表者名
      Keitaro Takahashi
    • 学会等名
      「加速宇宙」シンポジウム
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 「Pulsar Timing Array」2019

    • 著者名/発表者名
      Keitaro Takahashi
    • 学会等名
      RESCEU workshop on Space Gravitational Wave Detection
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 「次世代低周波電波望遠鏡Square Kilometre Array」2018

    • 著者名/発表者名
      高橋慶太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会アンテナ・伝搬研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] 「SKAとVLBIによるパルサー研究の未来」2018

    • 著者名/発表者名
      高橋慶太郎
    • 学会等名
      VLBI懇談会シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] 「機械学習によるパルサーサーチ」2018

    • 著者名/発表者名
      高橋慶太郎
    • 学会等名
      宇宙電波懇談会シンポジウム

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公開日: 2019-12-27  

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