銀河の撮像観測と分光観測を用いた修正重力理論への包括的な制限

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本研究の目的は宇宙論の未解決問題であるダークエネルギーの性質を観測的に制限し、明らかにすることである。この問題を解決する新たな観測として、現在計画されている大型電波干渉計であるSquare Kilometre Array(SKA)による中性水素21cm線の観測が注目されている。SKAでは、宇宙再電離期以前(z>6)の構造形成の情報を得ることが出来ると期待されている。その一方で、観測的にダークエネルギーを制限するためには、高精度な観測量の理論モデルの構築が必要である。私は宇宙の晴れ上がり以前に光子が強く結合していたことに起因する暗黒物質に対するバリオンの超音速相対運動が構造形成に与える影響について研究を行った。この相対運動は小質量のハローの形成時期を遅らせることが知られている。また、宇宙で最初に誕生する星の性質や数に影響を与えるため、その後に続く銀河形成や将来観測で得られる観測量を議論する上で重要である。これまでに孤立系のハロー形成に超音速相対運動を加えたシミュレーションを行い、その結果を基に超音速相対運動の影響のモデル化を行った。本年度は、宇宙論的シミュレーションの結果を解析することでのバリオンと暗黒物質の間の超音速相対運動がより現実的な構造形成の中で与える影響を調べた。その結果、ハローが密集して形成される高密度領域では相対運動の影響が少なく、逆に低密度領域で顕著であることがわかった。さらに、孤立系のハロー形成モデルを拡張することで、超音速相対運動が与える影響の環境依存性を再現することに成功した。その理由として高密度領域ではバリオンが集まりにくくなる効果が弱まるためであることを示した。その他にも、低赤方偏移(z<3)にある大規模構造中の中性水素が発する21cm線に関してSKAによる観測可能性について研究した。