長波長電波観測による宇宙再電離と磁場研究の新展開

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01110
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 杉山 直 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (70222057)
• 研究分担者: 市來 淨與 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (10534480) ; 田代 寛之 名古屋大学, 理学研究科, 特任准教授 (40437190) ; 大内 正己 東京大学, 宇宙線研究所, 教授 (40595716) ; 赤堀 卓也 国立天文台, 水沢VLBI観測所, 特任研究員 (70455913) ; 高橋 慶太郎 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 准教授 (80547547) ; 竹内 努 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (90436072)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 宇宙再電離 / 宇宙磁場

研究実績の概要

オーストラリアの低周波電波望遠鏡MWAで観測を行い、宇宙再電離期の中性水素に関する研究を行なった。特に、低周波電波観測における較正や前景放射の特性を調べ、系統誤差の評価を行なって、中性水素の21cm線シグナルに対する上限を得た。さらに、ライマンα輝線天体（LAE）との相互相関による中性水素21cmシグナルの観測可能性を数値シミュレーションを駆使して評価した。
次に明るい背景電波光源のスペクトルに前景にある中性水素雲が吸収線を作ることで生じる21cm forestの将来の観測を想定し、暗黒物質の性質に対する制限の改善がどれ程期待できるか解析を行った。質量の軽いスカラー場（Axion-like partile）が暗黒物質であるシナリオ、および始原ブラックホールが暗黒物質であるモデルを解析し、通常の銀河サーベイでは感度のない質量域まで探索可能であることを示した。また様々な暗黒物質シナリオでの暗黒物質の性質が宇宙再電離に与える影響を調べた。これにより宇宙再電離期を探査可能なCMB観測や将来の21cm線観測による暗黒物質の性質の解明の研究をおこない、特に将来の再電離期からの21cm線シグナルの観測は暗黒物質の正体解明に大きく寄与する可能性があることを明らかにした。
宇宙磁場に関する研究として、銀河団Abell 3376を南アフリカの電波望遠鏡MeerKATを用いて低周波電波観測し、銀河団の磁場により屈曲する活動銀河核ジェットの様子を捉える画期的な成果を得た。
最終年度からコロナ禍での繰越を行って研究を継続し、昨年度までに関連する学術論文を合計23編出版するに至った。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] SILVERRUSH X: Machine Learning-aided Selection of 9318 LAEs at z = 2.2, 3.3, 4.9, 5.7, 6.6, and 7.0 from the HSC SSP and CHORUS Survey Data (2021)
  • 著者名/発表者名: Ono, Yoshiaki; Itoh, Ryohei; Shibuya, Takatoshi; Ouchi, Masami et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 911 ページ: 78-97
  • DOI: 10.3847/1538-4357/abea15
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SILVERRUSH. IX. Lyα Intensity Mapping with Star-forming Galaxies at z = 5.7 and 6.6: A Possible Detection of Extended Lyα Emission at ?100 Comoving Kiloparsecs around and beyond the Virial-radius Scale of Galaxy Dark Matter Halos (2021)
  • 著者名/発表者名: Kakuma, Ryota; Ouchi, Masami et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 916 ページ: 22-30
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ac0725
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A new MWA limit on the 21 cm power spectrum at redshifts 13-17 (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshiura, S. ; Pindor, B. ; Line, J. L. B., et al.,
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 505 ページ: 4775-4790
  • DOI: 10.1093/mnras/stab1560
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Constraining the 21 cm brightness temperature of the IGM at z = 6.6 around LAEs with the murchison widefield array (2021)
  • 著者名/発表者名: Trott, C. M. ; Jordan, C. H. ; Line, J. L. B., et al.,
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 507 ページ: 772-780
  • DOI: 10.1093/mnras/stab2235
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence of an interaction between jets and intra-cluster magnetic layer (2021)
  • 著者名/発表者名: J. O. Chibueze, H. Sakemi, T. Ohmura, M. Machida, H. Akamatsu, T. Akahori, H. Nakanishi, V. Parekh, R. van Rooyen, T. and T. Takeuchi, 2021
  • 雑誌名: Nature 巻: 593 ページ: 47-50
  • DOI: 10.1038/s41586-021-03434-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Probing axion dark matter with 21 cm fluctuations from minihalos (2021)
  • 著者名/発表者名: Kadota, Kenji ; Sekiguchi, Toyokazu ; Tashiro, Hiroyuki
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 103 ページ: id.023521
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.103.023521
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Population III star explosions and Planck 2018 data (2021)
  • 著者名/発表者名: Abe, Katsuya T. ; Tashiro, Hiroyuki
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 103 ページ: id.123543
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.103.123543
  • 査読あり
• [雑誌論文] CMB and 21-cm bounds on early structure formation boosted by primordial black hole entropy fluctuations (2021)
  • 著者名/発表者名: Tashiro, Hiroyuki ; Kadota, Kenji
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: id.063522
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.104.063522
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Small-scale CMB anisotropies induced by the primordial magnetic fields (2021)
  • 著者名/発表者名: Minoda, Teppei ; Ichiki, Kiyotomo ; Tashiro, Hiroyuki
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2021-03 ページ: id.093
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2021/03/093
  • 査読あり
• [雑誌論文] Early Low-mass Galaxies and Star-cluster Candidates at z ? 6-9 Identified by the Gravitational-lensing Technique and Deep Optical/Near-infrared Imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Kikuchihara, Shotaro; Ouchi, Masami et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 893 ページ: 60-72
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab7dbe
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] CHORUS. I. Cosmic HydrOgen Reionization Unveiled with Subaru: Overview (2020)
  • 著者名/発表者名: Inoue, Akio; Yamanaka, Satoshi; Ouchi, Masami et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 72 ページ: 101(1-17)
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa100
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Deep multiredshift limits on Epoch of Reionization 21 cm power spectra from four seasons of Murchison Widefield Array observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Trott, Cathryn M. ; Jordan, C. H. ; Midgley, S., et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 493 ページ: 4711-4727
  • DOI: 10.1093/mnras/staa414
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Detectability of 21-cm signal during the epoch of reionization with 21-cm-Lyman-α emitter cross-correlation - III. Model dependence (2020)
  • 著者名/発表者名: Kubota, Kenji ; Inoue, Akio K. ; Hasegawa, Kenji ; Takahashi, Keitaro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 494 ページ: 3131-3140
  • DOI: 10.1093/mnras/staa979
  • 査読あり
• [雑誌論文] The impact of tandem redundant/sky-based calibration in MWA Phase II data analysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhang, Zheng ; Pober, Jonathan C. ; Li, Wenyang, et al.,
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Australia 巻: 37 ページ: e045
  • DOI: 10.1017/pasa.2020.37
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] An Iterative Reconstruction Algorithm for Faraday Tomography (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Cooray, T. T. Takeuchi, T. Akahori, Y. Miyashita, S. Ideguchi, K. Takahashi, K. Ichiki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 500 ページ: 5129-5141
  • DOI: 10.1093/mnras/staa3580
  • 査読あり
• [雑誌論文] The 21-cm signals from ultracompact minihaloes as a probe of primordial small-scale fluctuations (2020)
  • 著者名/発表者名: Furugori, Kunihiko ; Abe, Katsuya T. ; Tanaka, Toshiyuki ; Hashimoto, Daiki ; Tashiro, Hiroyuki ; Hasegawa, Kenji
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 494 ページ: 4334-4342
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Constraining mixed dark-matter scenarios of WIMPs and primordial black holes from CMB and 21-cm observations (2020)
  • 著者名/発表者名: Tashiro, Hiroyuki ; Kadota, Kenji
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 494 ページ: 4334-4342
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1033
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SILVERRUSH. VIII. Spectroscopic Identifications of Early Large-scale Structures with Protoclusters over 200 Mpc at z ? 6-7: Strong Associations of Dusty Star-forming Galaxies (2019)
  • 著者名/発表者名: Harikane, Yuichi; Ouchi Masami et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 883 ページ: 142-157
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab2cd5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Robust statistics towards detection of the 21 cm signal from the Epoch of Reionization (2019)
  • 著者名/発表者名: Trott, Cathryn M. ; Fu, Shih Ching ; Murray, S. G., et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 486 ページ: 5766-5784
  • DOI: 10.1093/mnras/stz1207
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Gridded and direct Epoch of Reionisation bispectrum estimates using the Murchison Widefield Array (2019)
  • 著者名/発表者名: Trott, Cathryn M. ; Watkinson, Catherine A. ; Jordan, Christopher H., et al.
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Australia 巻: 36 ページ: e23
  • DOI: 10.1017/pasa.2019.15
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] First Season MWA Phase II Epoch of Reionization Power Spectrum Results at Redshift 7 (2019)
  • 著者名/発表者名: Li, W. ; Pober, J. C. ; Barry, N., et al.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 887 ページ: 141
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab55e4
  • 査読あり / 国際共著
• [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 data (2019)
  • 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 / 国際共著
• [雑誌論文] Insight into primordial magnetic fields from 21-cm line observation with EDGES experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: Minoda, Teppei ; Tashiro, Hiroyuki ; Takahashi, Tomo
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 488 ページ: 2001-2005
  • DOI: 10.1093/mnras/stz1860
  • 査読あり
• [学会発表] 銀河団偏光と宇宙マイクロ波背景輻射四重極揺らぎを用いた暗黒エネルギーの新しい検証法 (2021)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: 立教大学コロキウム
  • 招待講演
• [学会発表] 宇宙マイクロ波背景輻射観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: 天文観測におけるビッグデータ解析と宇宙論パラメータの推定
  • 招待講演
• [学会発表] 21cm forest constraints on primordial black holes (2021)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: Brain-storming workshop on Primordial Black Holes and Gravitational Waves
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The Epoch of Reionization and the Square Kilometre Array (2021)
  • 著者名/発表者名: 市來淨與
  • 学会等名: 第4回 CMB JSPS研究拠点形成事業・国内交流若手セミナー
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Emission Lines in Galaxies _x000B_from the Epoch of Reionization to Today (2021)
  • 著者名/発表者名: 大内正己
  • 学会等名: 238th Meeting of the American Astronomical Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Multi-Object Spectroscopy Galaxy Surveys: _x000B_Bridging Past, Present, and Future (2021)
  • 著者名/発表者名: 大内正己
  • 学会等名: STScI Workshop 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] IGM theory Dark Age, Cosmic Dawn, & Epoch of Reionization (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋慶太郎
  • 学会等名: Galaxy-IGM workshop 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Exploring Magnetized Cosmic Web using RM grids (2021)
  • 著者名/発表者名: 赤堀卓也
  • 学会等名: LOFAR MKSP Annual meeting and Busy Days 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Linearly-Polarized FRB as a tool of exploring cosmic magnetism (2021)
  • 著者名/発表者名: 赤堀卓也
  • 学会等名: YITP International Molecule-type Workshop: Fast Radio Bursts: A Mystery Being Solved?
  • 国際学会
• [学会発表] Linearly-Polarized FRB: Challenge to Discover Magnetized Cosmic Web (2021)
  • 著者名/発表者名: 赤堀卓也
  • 学会等名: IAU Symposium 260 Astronomical Polarimetry 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Early Galaxy ISM, CGM, and IGM Probed with ALMA, Subaru, and Keck (2020)
  • 著者名/発表者名: 大内正己
  • 学会等名: Sesto workshop 2020: The Interstellar medium of high redshift galaxies
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 銀河観測研究における新展開 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大内正己
  • 学会等名: 理論懇シンポジウム2020
  • 招待講演
• [学会発表] Exploring early galaxies and cosmic structures with Subaru, HST, and ALMA (2019)
  • 著者名/発表者名: 大内正己
  • 学会等名: Cambridge KICC 10th Anniversary Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] SKAとすばる広領域観測で探る_x000B_宇宙再電離と銀河形成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大内正己
  • 学会等名: SKA-Japan シンポジウム
  • 招待講演