2023 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of the origin of Anomalous Microwave Emission: Pioneering the theory on quantum properties of interstellar amorphous dust
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22KJ0727
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
梨本 真志 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Keywords | 星間塵 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，星間マイクロ波異常超過放射（AME）と呼ばれる正体不明の電波放射の起源解明を目指し，その起源候補として提案されているアモルファス星間塵の電波放射モデルを刷新し，電波観測データと比較することで，AMEに対するアモルファス星間塵放射の寄与を評価することを目指す．本年度までの研究によって，アモルファス物質の低温熱物性で発見されている普遍性を説明するために物性物理学の分野で提案されているソフトポテンシャルモデルをアモルファス星間塵の光物性へと応用し，アモルファス星間塵の電波放射スペクトルを算出する数値計算コードを開発した．本年度は，構築した理論モデルと観測データとの比較を通してモデル検証を行った．先行研究によって提案されているソフトポテンシャルモデルの解析近似的解法を採用した手法と，第一原理的に方程式を数値的に解く手法それぞれを用いて，AMEの放射強度が顕著な分子雲の観測データに対してモデルフィッティングを行ったところ，いずれの手法でも同程度の精度で観測データを再現できることがわかった．ただしそれぞれの手法から得られるベストフィットモデルから期待されるアモルファス星間塵の物性値は一致しない結果を得た．さらに解析近似的解法のベストフィットモデルは近似の適応範囲外を示す結果であった．ここで用いた近似は実験室測定もとにしており，このような結果は観測データと比較した分子雲は実験室測定で試料として用いられるアモルファス物質と星間塵を構成するアモルファス物質は異なる性質を持つことを示唆しており，アモルファス星間塵の化学組成や結晶構造を同定する上で重要な結果である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は，アモルファス物性の普遍性を説明するために熱物性分野で提案されているソフトポテンシャルモデルをアモルファス星間塵の光物性へと初めて適応して構築したアモルファス星間塵の電波放射スペクトルの理論モデルについて，その検証を行った．
第一の検証として，ソフトポテンシャルモデルの前駆的モデルである二準位系モデルとの比較を行い，両者の違いを定量評価した．両モデルにおいて対象とするアモルファス星間塵に同等の物性値を設定して計算したところ，両モデルから推定される放射スペクトルには有意な違いがあることがわかった．より高精度な観測データと比較して，星間塵の物性情報を引き出すためにはソフトポテンシャルモデルに基づく本研究の放射モデルが重要であることを示唆する結果であると言える．
第二の検証として，AMEが顕著な天体であるペルセウス分子雲に対して観測データと理論モデルの比較を行った．ソフトポテンシャルに基づく星間塵放射スペクトルは観測データを非常に良い精度で再現することができることを明らかにした．この再現性の精度は二準位系モデルよりも僅かに良いことを定量的に示した．また，観測データを最も良く再現するベストフィットモデルから期待されるアモルファス星間塵の性質として，先行研究で提案されているソフトポテンシャルモデルの解析近似的解法がアモルファス星間塵には適用できないことを示唆する結果が得られた．そのため，近似を用いない数値解法への重要性が高まったことから，数値解法を計算精度を保ちつつ計算コストを抑えるための新たな近似の導入，及び計算コードの改良に取り組んだ．そのため，当初の研究計画では次に実施する予定であった他の天体に対する観測データとの比較は保留されている．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目標は，電波天文観測によって全天で発見されている正体不明の電波放射である星間マイクロ波異常超過放射（AME）の起源解明を行うことである．そのために，AMEの放射起源の候補の一つとして先行研究によって提案されているアモルファス星間塵について，その電波放射モデルを刷新し，放射スペクトルを算出するための計算コードを新たに開発した．またテスト天体に対する観測データとの比較による理論モデルの検証を実施し，本研究で構築したアモルファス星間塵放射モデルが観測データとの比較に有用であることが確認できた．そこで本研究の最終段階として，本モデルと先行研究が提案するモデルを用いて観測データと比較し，AMEの起源としての本モデルの優位性を統計的に調べることで検証する．また本モデルのみから予言される放射スペクトルの特徴を示すような天体が存在するか否かをアーカイブデータを用いて調べることで，本モデルの立証を目指す．また，観測データとの比較によって推定されるベストフィットモデルのパラメータ値と先行研究の実験室測定の結果を統合することでアモルファス星間塵の化学組成や結晶構造を制限し，アモルファス星間塵の対応物質の同定に貢献する情報を得る．
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| Causes of Carryover |
当初現地での参加を予定していた国際研究会がCovid-19の影響によって時期が延期されて開催されたこともあり，現地参加希望者が多数であったため現地での参加が叶わず，関わる旅費等の経費分を次年度に繰り越すことになった．繰越額分は次年度に開催される別の国際研究会への参加経費として使用する計画である．
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