Hunting Axion Dark Matter with Protoplanetary Disk Polarimetry

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暗黒物質は、宇宙の進化において不可欠と考えられているにもかかわらず、その正体は全くの不明である。近年、素粒子論と宇宙構造形成論において最も活発に議論されている暗黒物質候補がアクシオンである。我々はアクシオンが光の偏光に影響することに着目し、原始惑星系円盤の偏光観測を用いてアクシオンを探査できるという全く新しい手法を2019年に提唱した。そしてSubaru望遠鏡で2011年に得られたAB Aurigaeの偏光データからアクシオンの存在に対しそれまでで最も 厳しい制限を導いている。原始惑星系円盤の観測手法が著しく発展していることも我々のアクシオン探査手法の強みである。本研究では、2011年以降の既存の良質な観測データの解析やアップグレードされたSubaru高精度偏光観測装置SCExAOによる観測を図り、制限の更新あるいはアクシオンの兆候を捕えることを目指す。またアクシオンエネルギーが振動することによる偏光角振動を抽出する解析手法を確立する。当該年度の成果として、前年度採択されたSubaruの高精度偏光観測装置SCExAO fast-PDI modeの観測計画に基づいて、観測を実行した。2022年4月に２晩、またその前にテスト的に2月に2晩、原始惑星系円盤TW Hyaを観測した。データ解析のために、機械学習による画像選別プログラムを開発し、それを使って偏光解析に使用できる画像を抽出できた。そしてfast-PDI modeの偏光解析のパイプラインの構築を進めた。次のシーズンの観測提案も採択され、2023年1月に観測したが、悪天候のため良いデータは取得できなかった。