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2015 年度 実績報告書

「京」コンピュータによる暗黒物質の位相空間分布に関する研究

公募研究

研究領域宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究
研究課題/領域番号 15H01030
研究機関千葉大学

研究代表者

石山 智明  千葉大学, 統合情報センター, 准教授 (90616426)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード宇宙物理 / 素粒子実験 / 高性能計算
研究実績の概要

本研究の目的は、「京」コンピュータを用いた大規模シミュレーションを軸として、銀河系の暗黒物質位相空間分布を従来よりも格段によい精度で明らかにすることである。そしてどのようなシグナルが直接検出実験で検知されるべきか、銀河系のどこが暗黒物質間接検出に最も適した場所であるかを調べる。

高赤方偏移で誕生する最小スケールの原始ハローの密度プロファイルは平均的には半径の-1.5乗に比例するものであり、質量が大きくなるにつれ冪が徐々に浅くなる。その物理メカニズムについて調べた。小スケールの原始ハローは質量比の小さい合体が起きると、暴走的緩和によりその構造を大きく変化させる。同じスケールのハローでもこのような合体を経験したものは、経験していないものと比べ密度プロファイルの冪が優位に浅くなることを明らかにした。これは銀河スケール等、より大きいハローでは見られない性質である。結果を査読付き欧文雑誌に投稿した。

また、粒子数5500億、領域 800pc の超大規模宇宙論的N体シミュレーションを京コンピュータ上で実行した。これにより最小の暗黒物質ハローが合体してできる、それより数千~数万倍の大きさのハローの構造を調べることができるようになった。また銀河スケールハロー形成の高分解能シミュレーションを行い、小スケールの物理と大スケールの物理をつなげるための準備を行った。後者を解析した結果を査読付き欧文雑誌に投稿した。

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

予定通り粒子数5500億、領域 800pc の超大規模宇宙論的N体シミュレーションが終了したが、小スケールハローのサブハローとしての分布の研究が遅れている。一方、予定していなかった小スケール原始ハローの構造進化に関する新しい知見が得られた。これは本研究課題の中核を占める重要な結果である。以上のことから「おおむね順調である」との自己評価を下した。

今後の研究の推進方策

平成28年度は、27年度までに実行した、粒子数5500億、領域800pc の超大規模宇宙論的N体シミュレーションから、最大スケールのハローのみを取出し、その中で小スケールの原始ハローがどのように分布しているかを調べる。また宇宙論的シミュレーションでは考慮されていなかったバリオンとの相互作用を調べる。

そして結果を銀河系スケールまで外挿し、銀河ハローにおける最小ハローの分布を定量化する。これまでに得られた最小ハローの進化過程、銀河ハローでの分布、バリオンとの相互作用全てを統合し、太陽系近傍の暗黒物質の密度分布、速度分布といった位相空間分布を従来よりもよい精度で評価する。そしてどの ようなシグナルが直接検出実験で観測されるべきかを予言する。また太陽系近傍だけでなく、銀河系ハローの暗黒物質微細構造を精度良く定量化し、暗黒物質間接検出に最も適した場所を明らかにする。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2016 2015

すべて 学会発表 (6件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] 超大規模シミュレーションによる、ダークマターハローの中で生まれる全天体形成研究2016

    • 著者名/発表者名
      石山智明
    • 学会等名
      素粒子・原子核・宇宙「京からポスト京に向けて」シンポジウム
    • 発表場所
      ワテラスコモンホール, 東京
    • 年月日
      2016-03-30 – 2016-03-31
  • [学会発表] 初代星は銀河系内のどこに生き残っているか?2016

    • 著者名/発表者名
      石山智明
    • 学会等名
      平成27年度CfCAユーザーズミーティング
    • 発表場所
      国立天文台水沢キャンパス, 岩手
    • 年月日
      2016-01-28 – 2016-01-29
  • [学会発表] 初代星は銀河系内のどこに生き残っているか?2015

    • 著者名/発表者名
      石山智明
    • 学会等名
      日本天文学会2015年秋季年会
    • 発表場所
      甲南大学, 兵庫
    • 年月日
      2015-09-09 – 2015-09-11
  • [学会発表] Hierarchical Formation of Dark Matter Halos near the Cutoff Scale and Their Impact on Indirect Detections2015

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Ishiyama
    • 学会等名
      IAU General Assembly Meeting
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center, Honolulu, Hawaii
    • 年月日
      2015-08-03 – 2015-08-14
    • 国際学会
  • [学会発表] 初代星は銀河系内のどこに生き残っているか?2015

    • 著者名/発表者名
      石山智明
    • 学会等名
      すばるPFSによるサイエンス検討会
    • 発表場所
      国立天文台, 東京
    • 年月日
      2015-07-09 – 2015-07-11
  • [学会発表] 「京」コンピュータによる暗黒物質の位相空間分布に関する研究2015

    • 著者名/発表者名
      石山智明
    • 学会等名
      「宇宙の歴史をひもとく地下素粒子原子核研究」 2015年領域研究会
    • 発表場所
      神戸大学, 兵庫
    • 年月日
      2015-05-15 – 2015-05-17

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公開日: 2017-01-06  

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