Revealing the nature of dark matter with the use of Subaru large spectroscopic survey and dynamical analysis for the Galactic dwarf satellites

利用斯巴鲁大型光谱调查和银河矮卫星动力学分析揭示暗物质的本质

• 批准号: 18J00277
• 负责人: 林 航平
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J00277/
• 关键词: 暗黒物質; 銀河系矮小銀河; すばる望遠鏡; 冷たい暗黒物質理論; すばる広視野多天体分光器

銀河系矮小銀河は暗黒物質が支配的な恒星系であるため、銀河を構成する星々は暗黒物質の重力ポテンシャルに従って運動している。よって、矮小銀河の恒星の動力学解析から暗黒物質分布を調べることができる。この分布は暗黒物質理論によってその振る舞いが異なることが知られている。つまり矮小銀河動力学解析から暗黒物質理論に対して、宇宙物理学的側面から制限を与えることが可能である。このような背景から本研究で注目したのが自己相互作用する暗黒物質(SIDM)理論である。SIDM理論は暗黒物質粒子同士の相互作用の強さによって、暗黒物質ハローの中心部構造が変わると予言されている。本研究では、非常に暗く小さな矮小銀河(ultra-faint dwarf; UFD)に焦点をあて、その動力学解析から暗黒物質分布を制限することで、SIDM理論の相互作用の強さを調べた。その結果、相互作用の強さが先行研究で得られていた値よりも一桁以上小さいことがわかった。これはSIDM理論に対して最も強い観測的制限である。また、得られた制限の値は、現在のSIDM理論では説明できないほど小さく、この理論の問題点を指摘することができた。2023年から観測が開始されるすばる広視野多天体分光器(PFS)では、銀河系矮小銀河の観測がメインサイエンスの１つとなっている。本研究ではPFS観測開始に向け、模擬データを用いた矮小銀河暗黒物質分布の決定精度について詳細な研究を行っている。カリフォルニア工科大学とジョンズ・ホプキンス大学の共同研究者の協力の下、コンタミネーションや観測的不定性を含めたより現実的な模擬データの作成に成功した。現在このデータを用いた詳細な動力学解析を行っており、PFS１視野の観測では暗黒物質分布を制限することは難しいことがわかった。更に解析を進め、少なくとも何視野以上必要なのか、その定量的評価を継続して行う。

Milky Way dwarf galaxy は dark black material が dominate な star system で あ る た め, galaxy を す る star 々 は dark black substance の gravity ポ テ ン シ ャ ル に 従 っ て movement し て い る. Youdaoplaceholder0, dynamic analysis of dwarf galaxies, <s:1> stars, <e:1> ら, distribution of dark matter を, modulation べる る とがで る る. The distribution of <s:1> <s:1>, the theory of dark matter, によってそ, る, る, が, が, なる, とが, and the knowledge of られて, る. つ ま り dwarf galaxy dynamics analytical か ら dark black substance theory に し seaborne て, the side of the physics of the universe か ら limit を and え る こ と が may で あ る. Youdaoplaceholder2 ような background ら This study で focuses on the <s:1> た が が が self-interaction する dark matter (SIDM) theory である. SIDM theory は dark black particles of strong interaction with people の の さ に よ っ て, dark black substance ハ ロ ー の center department structure が - わ る と to say さ れ て い る. This study で は, very small に dark く さ な dwarf galaxy (ultra - abbreviation dwarf; UFD) -and re-purpose に focus を あ て, そ の analytical dynamic か ら dark black material distribution limitations を す る こ と で, strong interaction theory of SIDM の の さ を adjustable べ た. そ の results, strong interaction の さ が first study で ら れ て い た numerical よ り も little more than one girder さ い こ と が わ か っ た. The limit of に to the most <s:1> strong 観 観 measurement by the て SIDM theory である. Limitations ま た, ら れ た の numerical は, now の SIDM theory で は illustrate で き な い ほ ど small さ く, こ の theory の problem point を blame す る こ と が で き た. 2023 か ら 観 が start measuring さ れ る す ば る hiroo view celestial beam splitter (PFS) で は galaxy, the Milky Way short の 観 measuring が メ イ ン サ イ エ ン ス の 1 つ と な っ て い る. This study で は PFS began to け に 観 test, simulated デ ー タ を with い た dwarf galaxy dark black material distribution の decision accuracy に つ い detailed line な research を っ て て い る. カ リ フ ォ ル ニ ア engineering university と ジ ョ ン ズ · ホ プ キ ン ス university under the researchers の together の の, コ ン タ ミ ネ ー シ ョ ン や 観 measurement uncertainty of を containing め た よ り presently be な simulation デ ー タ の made に successful し た. Now こ の デ ー タ を with い た な detailed analytical dynamic line を っ て お り vision, PFS1 の 観 measuring で は dark black material distribution limitations を す る こ と は difficult し い こ と が わ か っ た. More analytical を に め, less な く と vision も any more than necessary な の か, そ の quantitative evaluation 価 を 継 続 し う て line.

项目成果

Botes. IV. A new Milky Way satellite discovered in the Subaru Hyper Suprime-Cam Survey and implications for the missing satellite problem

博特斯。

• DOI: 10.1093/pasj/psz076
• 发表时间: 2019
• 期刊: Publications of the Astronomical Society of Japan
• 影响因子: 2.3
• 作者: Homma Daisuke;Chiba Masashi;Komiyama Yutaka;Tanaka Masayuki;Okamoto Sakurako;Tanaka Mikito;Ishigaki Miho N;Hayashi Kohei;Arimoto Nobuo;Carlsten Scott G;Lupton Robert H;Strauss Michael A;Miyazaki Satoshi;Torrealba Gabriel;Wang Shiang-Yu;Murayama Hitoshi
• 通讯作者: Murayama Hitoshi

Dark matter in dwarf galaxies in the Subaru-PFS era

Subaru-PFS 时代矮星系中的暗物质

• 发表时间: 2019
• 作者: Takuo Minato;Yusuke Ohata;Kazuyuki Ishii;Kazuya Yamaguchi;Noritaka Mizuno;Kosuke Suzuki;湊拓生;湊拓生;林航平;Takuo Minato;林航平
• 通讯作者: 林航平

PFS survey simulations for GA targets

GA 目标的 PFS 调查模拟

• 发表时间: 2018
• 作者: Takuo Minato;Yusuke Ohata;Kazuyuki Ishii;Kazuya Yamaguchi;Noritaka Mizuno;Kosuke Suzuki;湊拓生;湊拓生;林航平;Takuo Minato;林航平;林航平;林航平
• 通讯作者: 林航平

Milky Way science with HSC Northern-hemisphere Ultra Wide Survey

银河系科学与 HSC 北半球超宽巡天

• 发表时间: 2020
• 作者: Minato Takuo;Matsumoto Takahiro;Ogo Seiji;林航平
• 通讯作者: 林航平

J-factor estimation of Draco, Sculptor, and Ursa Minor dwarf spheroidal galaxies with the member/foreground mixture model

• DOI: 10.1093/mnras/staa2909
• 发表时间: 2020-02
• 期刊: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
• 影响因子: 4.8
• 作者: Shun-ichi Horigome;Kohei Hayashi;M. Ibe;M. Ishigaki;S. Matsumoto;H. Sugai