| 研究領域 | なぜ宇宙は加速するのか? - 徹底的究明と将来への挑戦 - |
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| 研究課題/領域番号 |
18H04336
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
吉川 耕司 筑波大学, 計算科学研究センター, 講師 (70451672)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 宇宙大規模構造 / ニュートリノ |
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| 研究実績の概要 |
2018年度には、様々な質量を持つニュートリノが宇宙大規模構造形成に及ぼす力学的影響を調べる数値シミュレーションを実施した。それぞれのニュートリノ質量について、複数のシミュレーション領域サイズで数値シミュレーションを行うことで、分解能の収束性を確認しつつ広いダイナミックレンジにわたってニュートリノの力学的影響を調査することを可能にした。
宇宙大規模構造の密度揺らぎのパワースペクトルのニュートリノ質量依存性を調べ、ニュートリノによる密度揺らぎの減衰が線形領域では摂動理論の予言と一致することを確認する一方、非線形領域では摂動理論から有意にずれることを確認した。
また、ダークマターハローの質量関数のニュートリノ質量依存性を調べニュートリノ質量が大きいほどダークマターハローの数密度が下がることを確認した。さらに、過去の質量を持つニュートリノの存在かでの球対称崩壊モデルをもとにした質量関数の理論モデルと比較し、この理論モデルと我々の数値シミュレーションの結果が良く一致することを見出した。更に、ダークマターとニュートリノの密度揺らぎの相互相関関数をダークマターとニュートリノの相対速度依存性を含む形で調べることで、我々の数値シミュレーションではダークマターの高密度領域の下流側にニュートリノの高密度領域が形成されていることを発見し、これは理論的なモデルで予言されたneutrino wakeと良く一致することがわかった。
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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
多くの計算機資源を獲得することが出来たおかげで、複数のシミュレーション領域サイズと複数のニュートリノ質量について、当初の計画通りに宇宙大規模構造の数値シミュレーションの実施を達成することができた。
得られたデータの解析については本研究課題の直接経費で購入したストレージを用いて効率的に実行することができ、シミュレーションデータからこれまでにない新しい知見を得ることが出来た。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究方針は、一つはこれまでの研究よりも軽いニュートリノを考えたときに、それが宇宙大規模構造形成に及ぼす影響を調べることである。このようなニュートリノでは質量固有状態ごとに質量が異なっており、ニュートリノを質量ごとに少なくとも2種類の成分として扱う必要がある。そのような数値シミュレーションを行うことによって、素粒子実験では明らかになっていないニュートリノの質量階層の違いによる宇宙大規模構造形成に対する力学的影響を調べることが可能になる。
二つ目はダークマターハローの分布と内部構造に対するニュートリノの力学的影響をより空間分解能を上げた数値シミュレーションによって調べることである。これまでの数値シミュレーションよりもダークマターの数値シミュレーションの空間分解能を向上させ、これまでよりも非線形領域におけるニュートリノの力学的影響を研究する。
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