2021 年度研究成果報告書

水素とヘリウムの超微細構造線観測による宇宙再電離期の電離光子源判別法の検証

研究課題

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研究課題/領域番号	18K03699
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分16010:天文学関連
研究機関	名古屋大学
研究代表者	長谷川賢二名古屋大学, 理学研究科, 特任助教 (20536627)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード	宇宙再電離 / 輻射輸送 / 電波観測
研究成果の概要	本研究ではまず、天体のスペクトルタイプに応じた水素・ヘリウムの電離構造を解くための宇宙論的輻射輸送コードの開発を行った。これを用いた再電離シミュレーションにより水素とヘリウムの超微細構造線の空間分布が天体の種別に強く依存することを示した。さらに、通常のシミュレーションでは分解が困難な宇宙で最初の星「初代星」を光源とするサブグリッドモデルを構築し、再電離シミュレーションに組み込むことに成功した。また、実際にオーストラリアの電波望遠鏡MWAの観測により、再電離期の21cm線のパワースペクトルに関して当時としては最も強い制限を設けた。
自由記述の分野	天文学
研究成果の学術的意義や社会的意義	自身が開発したシミュレーションコードで得た結果は、将来の観測との直接比較によりこれまで決定的な証拠がなかった宇宙再電離の光源種別を判別できると期待している。またシミュレーション結果は多くの研究者と共有しており、すでに様々な宇宙再電離の観測との比較や今後の観測予言に用いられており今後もこの分野の研究に大きく貢献できると考えている。 MWAの観測で得た21cmパワースペクトルの上限は、すでにいくつかの再電離モデルを棄却しており、その意味で学術的意義は大きい。さらに今後の次世代電波望遠鏡での21cm線の直接検出へ向けた問題点の洗い出しができた点においても重要な役割を果たした。