| 研究課題/領域番号 |
18J21186
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
堀米 俊一 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| キーワード | 暗黒物質 / 素粒子論 / 矮小銀河 / 銀河動力学 / マルコフ連鎖モンテカルロ法 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、素粒子論における重要な未解決問題である暗黒物質の正体を明らかにすべく、有望な暗黒物質候補であるWIMPに対し強い制限を与えると期待されている間接検出法に着目し、間接検出法の精度を担保する上で重要になる矮小銀河の暗黒物質分布の精密な推定を行うことを目的とするものである。
本年度は、近い将来に予定されている天文観測に備え、暗黒物質の間接検出を行う上での有力候補であるりゅう座矮小銀河（Draco dSph）に対して、暗黒物質分布パラメータの推定を行った。推定に当たっては報告者らが先行研究により提唱した、矮小銀河に属さない星である前景星の混入を考慮した恒星分布モデルに基づき、球対称近似の元で暗黒物質分布の推定を行った。推定に当たっては、複雑なモデルに対しても対応可能なマルコフ連鎖モンテカルロ法を用いた事後確率分布推定法を採用することで、暗黒物質分布の事後確率分布を得ることができた。
従来までの推定手法は期待値最大化法により矮小銀河星・前景星の弁別を行うことで前景星の除去された星データを得ようとするものであったが、矮小銀河星の速度分布に対し単純化されたモデルを用いることに伴う系統誤差や、前景星分布が矮小銀河星の分布と大きく重なっているとき混入が十分に除去できない可能性があった。本研究では矮小銀河星分布と前景星分布との混合分布モデルを仮定することで、従来の手法に暗に含まれていた系統誤差の影響を正しく加味した上での推定値を得ることができる。このため、間接検出の際に誤った暗黒物質分布を採用することにより種々の暗黒物質模型に対し過剰な制限をかけてしまう可能性を排除できる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
研究当初は今年度対象としたりゅう座矮小銀河のデータの収集や前処理を行っていたが、解析中にデータの持つ観測バイアスが暗黒物質分布パラメータの推定に寄与することが判明した。報告者らの提唱した混合モデルによる矮小銀河暗黒物質分布の推定法はすばる望遠鏡に搭載予定のPFSによる包括的なデータ収集を前提としており、現状までで観測された少ないデータを用いたときに発生する観測バイアスの影響を考慮したものではなかった。
しかし、混合分布モデルを十分に検討することにより、軽微な修正を行うことでこの問題に対処できることが明らかにすることができた。また副次的な結果として、測光データから得られる恒星密度比の情報が分光データの解析に応用可能であることが明らかとなった。
結果として、当初予定していたりゅう座矮小銀河のデータを問題なく処理することが可能となり、本研究は順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
りゅう座矮小銀河以外の有望な観測対象である種々の矮小銀河に対しても同様に暗黒物質分布の推定を行い、観測されている矮小銀河の暗黒物質分布の包括的なリストを作成する。
その過程において、まずは間接検出を行う上で比較的重要と思われている他の矮小銀河に対して先に推定を行い、結果を論文にまとめ発表する。
また、現在までの推定はあくまで球対称近似に基づいたものであるが、実際にはdSphはその名の示す通り楕円型をしていることがわかっている。このため、現在までの研究で得られた結果をベンチマークとして、更に軸対称モデルに基づいた場合の分布モデルに基づき、従来のものよりも更に信頼度の高い推定結果を提供する。
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