標準宇宙モデルの破れをあぶり出す大規模銀河サーベイの新奇観測プローブの開拓

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01081
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 樽家 篤史 京都大学, 基礎物理学研究所, 准教授 (40334239)
• 研究分担者: 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): 2021-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 宇宙論 / 宇宙の大規模構造 / 銀河の固有形状 / 一般相対論 / 宇宙の構造形成 / 標準宇宙モデル

研究実績の概要

代表者・樽家は、スローンデジタルスカイサーベイの延長観測プロジェクト extended Baryon OScillation Spectroscopic Survey の最終カタログを用いた宇宙論データ解析に外部共同研究者として参画、２種類の銀河サンプルを組み合わせたマルチトレーサー解析から、赤方偏移0.7と0.845の高赤方偏移宇宙での宇宙膨張と構造の成長率の測定に成功した。なお、解析では、代表者が開発した赤方偏移空間ゆがみの摂動論的理論モデルが、理論テンプレートとして使われたが、この理論モデルを駆使することで、構造の成長率の測定時に問題となっていたパラメータの縮退が解けることを定量的に示し、将来観測での有用性を明らかにした。加えて、代表者・樽家は、新奇観測プローブである銀河の固有形状について、長距離空間相関に現れる広角度効果を定量的に予言する解析表式の導出に成功、広角度効果のインパクトを明らかにした。さらに、観測領域を凌駕する波長スケールのゆらぎ（スーパーサーベイモード）による形状相関の影響を解析的に見積もる手法を導出した。

一方、分担者・西道は、高解像度の宇宙論的N体シミュレーションをもとに、高次元の宇宙論パラメータ空間の探索を可能とするエミュレータ開発を進め、ニュートリノ質量がゼロでない宇宙に現れる銀河バイアスのスケール依存性の特徴的ふるまいについての定量化を行なった。さらに、Baryon OScillation Spectroscopic Survey のアーカイブデータを使った宇宙論パラメータ解析に参画、分担者が作成した模擬銀河カタログを使って有効場理論にもとづくパワースペクトル、バイスペクトルのテンプレートの性能評価を行い、それを踏まえて実データから宇宙論パラメータの高精度測定に成功した。

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

初年度は、代表者が中心となり、新奇観測プローブの理論的基盤の整備を目標に研究を進めてきたが、解析的な取り扱いにもとづく系統効果に関する研究は、概ね、問題となる影響を調べ尽くすことができた。また、分担者は、宇宙論的N体シミュレーションにもとづくエミュレータ開発を推進し、新奇観測プローブの数値モデリングにも利用可能なデータベースの作成が進めることができた。これに加えて、これまで代表者、分担者が開発した手法や理論モデルを既存の観測データへ応用することで宇宙論的な制限が得られるなど、予想を超える成果も得られている。これらは、従来の観測プローブをベースにした共同研究による成果ではあるが、共同研究ネットワークを拡充することができ、本課題に関連する有益な情報も得られた。コロナ禍で人的交流が制限された中で、海外研究協力者との対面の打ち合わせは延期せざるをえなかったが、zoomなどのオンラインツールを活用することで議論を続け、一定の成果を挙げることができた。加えて、研究員の雇用も行うことで、次年度以降に進める研究の組織的な準備なども進行している。総じて、おおむね順調といえる。

今後の研究の推進方策

本年度の理論的成果をもとに、次年度以降はより実用性の高い研究を進めていく。具体的には、数値シミュレーションによる銀河の模擬カタログ作成とそのカタログにもとづく新規観測プローブ（銀河の固有形状の相関と観測的相対論効果）の数値的なモデリング、観測的な系統効果の定量的見積もりである。こうした研究は、本研究経費による雇用研究員が中心になり、分担者の手助けの下、進めていく。具体的には、海外の研究協力者とも協力しつつ、高解像度N体シミュレーションを駆使した模擬カタログを作成する。一方、新奇観測プローブの理論的研究としては、理論テンプレート計算の高速化と最適な解析手法の開発が課題として残されている。こちらは、代表者と分担者が、国内の研究協力者と連携を取りつつ、順次進めていく。

研究成果

• [国際共同研究] 韓国天文研究院(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: 韓国天文研究院
• [国際共同研究] 中山大学/中国国家天文台(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 中山大学/中国国家天文台
• [国際共同研究] パリ天体物理学研究所/サクレー理論物理学研究所(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: パリ天体物理学研究所/サクレー理論物理学研究所
• [国際共同研究] 欧州原子核研究機構(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: 欧州原子核研究機構
• [国際共同研究] プリンストン高等研究所/プリンストン大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: プリンストン高等研究所/プリンストン大学
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 2
• [雑誌論文] The Subaru HSC weak lensing mass-observable scaling relations of spectroscopic galaxy groups from the GAMA survey (2022)
  • 著者名/発表者名: Rana Divya、More Surhud、Miyatake Hironao、Nishimichi Takahiro、Takada Masahiro、Robotham Aaron S G、Hopkins Andrew M、Holwerda Benne W
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 510 ページ: 5408～5425
  • DOI: 10.1093/mnras/stac007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mock catalogues of emission-line galaxies based on the local mass density in dark-matter only simulations (2022)
  • 著者名/発表者名: Osato Ken、Nishimichi Takahiro、Takada Masahiro
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 511 ページ: 1131～1140
  • DOI: 10.1093/mnras/stac124
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cosmological constraints without nonlinear redshift-space distortions (2022)
  • 著者名/発表者名: Ivanov Mikhail M.、Philcox Oliver H.E.、Simonovic Marko、Zaldarriaga Matias、Nischimichi Takahiro、Takada Masahiro
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 105 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.105.043531
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Precision analysis of the redshift-space galaxy bispectrum (2022)
  • 著者名/発表者名: Ivanov Mikhail M.、Philcox Oliver H.E.、Nishimichi Takahiro、Simonovic Marko、Takada Masahiro、Zaldarriaga Matias
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 105 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.105.063512
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impacts of overlapping gravitational-wave signals on the parameter estimation: Toward the search for cosmological backgrounds (2021)
  • 著者名/発表者名: Himemoto Yoshiaki、Nishizawa Atsushi、Taruya Atsushi
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.104.044010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lagrangian approach to super-sample effects on biased tracers at field level: galaxy density fields and intrinsic alignments (2021)
  • 著者名/発表者名: Taruya Atsushi、Akitsu Kazuyuki
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2021 ページ: 061～061
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2021/11/061
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Toward a more stringent test of gravity with the redshift space power spectrum: Simultaneous probe of growth and amplitude of large-scale structure (2021)
  • 著者名/発表者名: Song Yong-Seon、Zheng Yi、Taruya Atsushi
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.104.043528
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Implementing spectra response function approaches for fast calculation of power spectra and bispectra (2021)
  • 著者名/発表者名: Osato Ken、Nishimichi Takahiro、Taruya Atsushi、Bernardeau Francis
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 104 ページ: -
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.104.103501
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Unified approach to secondary effects on the CMB B-mode polarization (2021)
  • 著者名/発表者名: Namikawa Toshiya、Naruko Atsushi、Saito Ryo、Taruya Atsushi、Yamauchi Daisuke
  • 雑誌名: Journal of Cosmology and Astroparticle Physics 巻: 2021 ページ: 029～029
  • DOI: 10.1088/1475-7516/2021/10/029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wide-angle effects on galaxy ellipticity correlations (2021)
  • 著者名/発表者名: Shiraishi Maresuke、Taruya Atsushi、Okumura Teppei、Akitsu Kazuyuki
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters 巻: 503 ページ: L6～L10
  • DOI: 10.1093/mnrasl/slab009
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The completed SDSS-IV extended Baryon Oscillation Spectroscopic Survey: a multitracer analysis in Fourier space for measuring the cosmic structure growth and expansion rate (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhao Gong-Bo、Wang Yuting、Taruya Atsushi、et al.
  • 雑誌名: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 巻: 504 ページ: 33～52
  • DOI: 10.1093/mnras/stab849
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Dark Quest II: 距離依存する成長率を持つ宇宙モデルにおける銀河バイアス (2022)
  • 著者名/発表者名: 西道啓博
  • 学会等名: 令和３年度 国立天文台 CfCA ユーザーズミーティング
• [学会発表] Dark Quest II : 宇宙の大規模構造高精度解析コードの整備状況 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西道啓博、田中賢
  • 学会等名: 日本天文学会2022年春季年会
• [学会発表] HSC宇宙論：エミュレーション技術に基づく理論模型の準備 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西道啓博、高田昌広、高橋龍一、大里健、白崎正人、大木平、宮武広直、大栗真宗、小林洋祐、吉田直紀、杉山素直、田中賢
  • 学会等名: 日本物理学会第77回年次大会
• [学会発表] ファジーダークマターのコア-ハロー関係 (2022)
  • 著者名/発表者名: 樽家篤史、嵯峨承平
  • 学会等名: 日本物理学会第77回年次大会
• [学会発表] Grid-based calculation for perturbation theory of large-scale structure in redshift space (2021)
  • 著者名/発表者名: 樽家篤史、西道啓博、Donghui Jeong
  • 学会等名: 日本天文学会2021年秋季年会
• [学会発表] Galaxy shape statistics and cosmology -- Overview -- (2021)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Taruya
  • 学会等名: YITP molecule-type workshop on Galaxy shape statistics and cosmology
  • 国際学会
• [学会発表] Dark Quest II: 距離依存した成長率を持つ宇宙モデルにおける銀河バイアス (2021)
  • 著者名/発表者名: 西道啓博、田中賢
  • 学会等名: 日本天文学会2021年秋季年会
• [学会発表] The Dark Quest project for cosmological emulation (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Nishimichi, Masahiro Takada, Ryuichi Takahashi, Ken Osato, Masato Shirasaki, Taira Oogi, Hironao Miyatake, Masamune Oguri, Ryoma Murata, Yosuke Kobayashi, Naoki Yoshida, Sunao Sugiyama, Satoshi Tanaka
  • 学会等名: Debating the Potential of Machine Learning in Astronomical Surveys
  • 国際学会
• [学会発表] Dark Quest II: 距離依存した成長率を持つ宇宙モデルにおける銀河バイアス (2021)
  • 著者名/発表者名: 西道啓博
  • 学会等名: 第10回観測的宇宙論ワークショップ
• [学会発表] On the nonlinear growth of anisotropic clustering (2021)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Nishimichi
  • 学会等名: YITP molecule-type workshop on "Galaxy shape statistics and cosmology"
  • 国際学会
• [学会・シンポジウム開催] YITP molecule-type workshop on "Galaxy Shape Statistics and Cosmology" (2021)