計算統計に立脚した宇宙論解析のための理論的基盤の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14273
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 西道 啓博 京都大学, 基礎物理学研究所, 特定准教授 (60795417)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 宇宙大規模構造 / 宇宙論パラメータ / 銀河統計 / 重力レンズ効果

研究実績の概要

本研究では、宇宙の大規模構造形成の背後に潜む数理的構造と、進行中または次世代の観測計画から得られる観測データから引き出せる情報との繋がりを明らかにすべく、大規模かつ系統的数値シミュレーションデータベースに基づく理論的研究を遂行した。最終年度は、大スケールの潮汐場と銀河の向きとの関係、宇宙膨張の局所的非等方性とその内部構造の非等方進化との応答関係、銀河の特異速度が引き起こす赤方偏移歪みを記述する統計モデルの開発など、構造形成の中で自然に生じる物理的、観測的非等方性に着目した研究を推進した。また、期間を通して開発してきた理論モデルを実際の観測データと比較した際に達成可能な宇宙論パラメータの決定精度と、モデルに含まれる誤差やモデルの中に取り入れられていない観測的効果から生じ得る系統誤差の定量的評価にも着手した。前者の観点からの研究では、新たに局所的に非等方膨張する系において、大小スケールに渡って整合的に構造進化を追いかける重力N体シミュレーションの定式化と実装に成功した。これを用いることで、構造進化の非等方応答関数を線形から非線形スケールまで一貫して記述することが可能となった。また、大規模数値シミュレーションデータベースにより訓練された順伝播型ニューラルネットワークに基づくエミュレータと、解析的なハロー・銀河関係とを接続することで、赤方偏移空間における銀河の非等方クラスタリング統計の高速・精密予言を可能にした。後者に関しては、すばる望遠鏡ハイパーシュプリームカムサーベイから得られた弱重力レンズ統計と、スローンディジタルスカイサーベイから得られた銀河クラスタリング統計に則したシミュレーション模擬カタログから現実的な設定で精度評価を行う体制を整え、これまで開発してきた理論モデルは、現在の観測データの持つ統計精度よりも小さいレベルの系統誤差に抑え込めることを数値的に実証した。

研究成果

• [国際共同研究] Observatoire de Paris/Institut d'Astrophysique de Paris/Observatoire de la Cote d'Azur(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Observatoire de Paris/Institut d'Astrophysique de Paris/Observatoire de la Cote d'Azur
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] Institute for Advanced Study/Flatiron Institute/Stanford University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Institute for Advanced Study/Flatiron Institute/Stanford University
  • 他の機関数: 2
• [国際共同研究] University of Cambridge/Durham University(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Cambridge/Durham University
• [国際共同研究] CERN(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: CERN
• [国際共同研究] Universita di Parma(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: Universita di Parma
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 5
• [雑誌論文] Impacts of pre-initial conditions on anisotropic separate universe simulations: a boosted tidal response in the epoch of reionization (2021)
  • 著者名/発表者名: Shogo Masaki, Takahiro Nishimichi, and Masahiro Takada
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 500 ページ: 1018-1028
  • DOI: 10.1093/mnras/staa3309
  • 査読あり
• [雑誌論文] Covariance of the matter power spectrum including the survey window function effect: N -body simulations versus fifth-order perturbation theory on grids (2021)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Taruya, Takahiro Nishimichi, and Donghui Jeong
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 103 ページ: 23501
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.103.023501
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Power spectrum of halo intrinsic alignments in simulations (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Kurita, Masahiro Takada, Takahiro Nishimichi, Ryuichi Takahashi, Ken Osato, and Yosuke Kobayashi
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 501 ページ: 833-852
  • DOI: 10.1093/mnras/staa3625
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Power spectrum of intrinsic alignments of galaxies in IllustrisTNG (2021)
  • 著者名/発表者名: Jingjing Shi, Toshiki Kurita, Masahiro Takada, Ken Osato, Yosuke Kobayashi, and Takahiro Nishimichi
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2021 ページ: 30
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2021/03/030
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Phase-space structure of cold dark matter haloes inside splashback: multistream flows and self-similar solution (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiromu Sugiura, Takahiro Nishimichi, Yann Rasera, and Atsushi Taruya
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 493 ページ: 2765-2781
  • DOI: 10.1093/mnras/staa413
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Testing tidal alignment models for anisotropic correlations of halo ellipticities with N-body simulations (2020)
  • 著者名/発表者名: Teppei Okumura, Atsushi Taruya, and Takahiro Nishimichi
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 494 ページ: 694-702
  • DOI: 10.1093/mnras/staa718
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fitting the Nonlinear Matter Bispectrum by the Halofit Approach (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Takahashi, Takahiro Nishimichi, Toshiya Namikawa, Atsuishi Taruya, Issha Kayo, Ken Osato, Yosuke Kobayashi, and Masato Shirasaki
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 895 ページ: 113
  • DOI: 10.3847/1538-4357/ab908d
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mitigating the impact of fiber assignment on clustering measurements from deep galaxy redshift surveys (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Sunayama, Masahiro Takada, Martin Reinecke, Ryu Makiya, Takahiro Nishimichi, Eiichiro Komatsu, Shun Saito, Naoyuki Tamura, and Kiyoto Yabe
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2020 ページ: 57
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2020/06/057
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Model independent measurement of the growth rate from the consistency relations of the LSS (2020)
  • 著者名/発表者名: Marco Marinucci, Takahiro Nishimichi, and Massimo Pietroni
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2020 ページ: 54
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2020/07/054
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anisotropic separate universe simulations (2020)
  • 著者名/発表者名: Shogo Masaki, Takahiro Nishimichi, and Masahiro Takada
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 496 ページ: 483-496
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1579
  • 査読あり
• [雑誌論文] Shapes and alignments of dark matter haloes and their brightest cluster galaxies in 39 strong lensing clusters (2020)
  • 著者名/発表者名: Taizo Okabe, Masamune Oguri, Sテゥbastien Peirani, Yasushi Suto, Yohan Dubois, Christophe Pichon, Tetsu Kitayama, Shin Sasaki, and Takahiro Nishimichi
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 496 ページ: 2591-2604
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1479
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The impact of projection effects on cluster observables: stacked lensing and projected clustering (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomomi Sunayama, Youngsoo Park, Masahiro Takada, Yosuke Kobayashi, Takahiro Nishimichi, Toshiki Kurita, Surhud More, Masamune Oguri, and Ken Osato
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 496 ページ: 4468-4487
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1646
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The splashback radius of optically selected clusters with Subaru HSC Second Public Data Release (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryoma Murata, Tomomi Sunayama, Masamune Oguri, Surhud More, Atsushi J. Nishizawa, Takahiro Nishimichi, and Ken Osato
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 72 ページ: 64
  • DOI: 10.1093/pasj/psaa041
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Lagrangian-space Gaussian ansatz for the matter redshift-space power spectrum and correlation function (2020)
  • 著者名/発表者名: Patrick Valageas, and Takahiro Nishimichi
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 ページ: 43530
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.102.043530
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Semi-analytic modelling of AGNs: autocorrelation function and halo occupation (2020)
  • 著者名/発表者名: Taira Oogi, Hikari Shirakata, Masahiro Nagashima, Takahiro Nishimichi, Toshihiro Kawaguchi, Takashi Okamoto, Tomoaki Ishiyama, and Motohiro Enoki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 497 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1093/mnras/staa1961
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accurate emulator for the redshift-space power spectrum of dark matter halos and its application to galaxy power spectrum (2020)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Kobayashi, Takahiro Nishimichi, Masahiro Takada, Ryuichi Takahashi, and Ken Osato
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 ページ: 63504
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.102.063504
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Primordial non-Gaussianity without tails - how to measure f<SUB>NL</SUB> with the bulk of the density PDF (2020)
  • 著者名/発表者名: Oliver Friedrich, Cora Uhlemann, Francisco Villaescusa-Navarro, Tobias Baldauf, Marc Manera, and Takahiro Nishimichi
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 498 ページ: 464-483
  • DOI: 10.1093/mnras/staa2160
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Towards a non-Gaussian model of redshift space distortions (2020)
  • 著者名/発表者名: Carolina Cuesta-Lazaro, Baojiu Li, Alexander Eggemeier, Pauline Zarrouk, Carlton M. Baugh, Takahiro Nishimichi, and Masahiro Takada
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 498 ページ: 1175-1193
  • DOI: 10.1093/mnras/staa2249
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Validating a minimal galaxy bias method for cosmological parameter inference using HSC-SDSS mock catalogs (2020)
  • 著者名/発表者名: Sunao Sugiyama, Masahiro Takada, Yosuke Kobayashi, Hironao Miyatake, Masato Shirasaki, Takahiro Nishimichi, and Youngsoo Park
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 ページ: 83520
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.102.083520
  • 査読あり
• [雑誌論文] Power spectrum response of large-scale structure in 1D and in 3D: tests of prescriptions for post-collapse dynamics (2020)
  • 著者名/発表者名: Anaテォlle Halle, Takahiro Nishimichi, Atsushi Taruya, Stテゥphane Colombi, and Francis Bernardeau
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 499 ページ: 1769-1787
  • DOI: 10.1093/mnras/staa2878
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Blinded challenge for precision cosmology with large-scale structure: Results from effective field theory for the redshift-space galaxy power spectrum (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Nishimichi, Guido D'Amico, Mikhail M. Ivanov, Leonardo Senatore, Marko Simonoviト?, Masahiro Takada, Matias Zaldarriaga, and Pierre Zhang
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 102 ページ: 123541
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.102.123541
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Dark Quest II: 宇宙の大規模構造エミュレータのためのデータベース拡張 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西道啓博
  • 学会等名: 令和２年度 国立天文台 CfCA ユーザーズミーティング
• [学会発表] 宇宙の大規模構造エミュレーション技術 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西道啓博、田中賢、小林洋祐
  • 学会等名: 日本天文学会2021年春季年会
• [学会発表] Emulators for Cosmology (2020)
  • 著者名/発表者名: 西道啓博
  • 学会等名: "Testing Gravity THxOBS Japan" kickoff meeting
  • 招待講演
• [学会発表] 宇宙大規模構造を用いた宇宙論のデータ科学的側面 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西道啓博
  • 学会等名: 日本物理学会2020秋季年会
• [学会発表] Dark Quest IIに向けた準備状況 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西道啓博
  • 学会等名: 第９回観測的宇宙論ワークショップ