弱重力レンズ宇宙論研究のための高精度画像処理法の開発と応用

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26800103
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 内海 洋輔 広島大学, 宇宙科学センター, 特任助教 (40700018)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 観測的宇宙論 / 弱重量レンズ銀河団探査 / すばる望遠鏡 / 画像処理

研究実績の概要

本研究課題ではすばる望遠鏡用超広視野 Hyper Suprime-Cam (HSC) で得られた，大規模な天域の観測に対して弱重力レンズ解析を適用し，宇宙の質量構成要素で第一の割合を占めるダークマターをトレースすることができる弱重力レンズシグナルのみから銀河団を探査することを目標とし，データの取得，画像解析手法の評価，および分光観測による探査とのクロスチェックを通して検証し，宇宙論への応用の道を切り拓くものである．
先行的に試験観測で得られたデータをもとに銀河の形状測定を行い，二種の異なるパイプラインの比較を行って計測の妥当性の評価を実施した．この結果を使い重力レンズ解析を実施することでもっともらしい質量面密度マップを得ることに成功した．得られた質量面密度マップを評価したところ，系統誤差が十分小さい一方で天体からの信号の検出に成功しており，解析手法が妥当であることが確認できた．
本研究で解析している天域は flux limited (R<20.6) の分光サンプルがある．この flux limit を質量に変換すると重力レンズ解析で検出し得る質量要素に対応する銀河のうちほとんどが観測できていることになる．この分光サンプルをもとにして質量面密度マップを構築し相互相関関数をとることで，マップ中のピークのみならず，全体として銀河の分布と質量の分布の形状が整合するかどうかの確認作業を行い，論文としてまとめ出版した．
重力レンズ信号の「分布」については確認できたが，重力レンズ信号の「振幅」については検証が必要である．これはレンズ効果を受ける銀河の距離分布を仮定することや測定そのものに系統誤差が指摘されているためである．分光サンプルに対して stacked lensing 法を適用し，銀河の力学質量とレンズ質量を比べることで，振幅の検証が可能であることを明らかにした．

研究成果

• [国際共同研究] Smithsonian Astrophysical Observatory/Brown University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Smithsonian Astrophysical Observatory/Brown University
• [雑誌論文] J-GEM follow-up observations of the gravitational wave source GW151226* (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, Michitoshi; Utsumi, Yousuke; (他36人)
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 69 ページ: 9-1,9-12
  • DOI: 10.1093/pasj/psw113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Weak Lensing View of the Downsizing of Star-forming Galaxies (2016)
  • 著者名/発表者名: Utsumi, Yousuke; Geller, Margaret J.; Dell'Antonio, Ian P.; Kamata, Yukiko; Kawanomoto, Satoshi; Koike, Michitaro; Komiyama, Yutaka; Koshida, Shintaro; Mineo, Sogo; Miyazaki, Satoshi; Sakurai, Junya; Tait, Philip J.; Terai, Tsuyoshi; Tomono, Daigo; Usuda, Tomonori; Yamada, Yoshihiko; Zahid, Harus J.
  • 雑誌名: The Astrophysical Journal 巻: 833 ページ: 1-14
  • DOI: 10.3847/1538-4357/833/2/156
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] J-GEM follow-up observations to search for an optical counterpart of the first gravitational wave source GW150914 (2016)
  • 著者名/発表者名: Morokuma, Tomoki; Tanaka, Masaomi; Asakura, Yuichiro; Abe, Fumio; Tristram, Paul J.; Utsumi, Yousuke; (他19名)
  • 雑誌名: Publications of the Astronomical Society of Japan 巻: 68 ページ: L9, 14
  • DOI: 10.1093/pasj/psw061
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [備考] 遠方の星形成銀河でさぐる宇宙の泡構造
  • URL: https://www.subarutelescope.org/Pressrelease/2017/01/30/j_index.html
• [備考] 遠方の星形成銀河でさぐる宇宙の泡構造～暗黒物質(ダークマター)の中で進化する銀河にせまる～
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/news/37496