共同研究・競争的資金等の研究課題

• 基盤研究(B), 2025年04月01日 - 2028年03月31日, 25K01026, 精密分光と広域撮像による銀河団の物質流の解明, 太田 直美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 奈良女子大学, 18720000, 14400000, 4320000, kaken

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• 基盤研究(A), 2023年04月01日 - 2028年03月31日, 23H00121, 超広帯域サブミリ波多色観測で探る銀河団の動的描像, 大島 泰; 竹腰 達哉; 田井野 徹; 太田 直美; 美馬 覚, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 国立天文台, 46540000, 35800000, 10740000, kaken

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• 基盤研究(C), 2020年04月01日 - 2025年03月31日, 20K04027, eROSITA全天サーベイによる銀河団のＸ線解析と宇宙論への応用, 太田 直美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 奈良女子大学, 4550000, 3500000, 1050000, 銀河団は宇宙最大の天体であり、その形成や進化を理解することは、宇宙そのものの進化を理解することに役立つ。どのような質量の銀河団がいくつあるかを 様々な距離に渡って精密に測定できれば、宇宙論モデルに制限をつけることができる。特に、最大の謎であるダークエネルギー の性質の解明に向けて新たな手がかりが得られると期待される。本研究では、SRG衛星搭載eROSITA検出器による過去最大のX線全天サーベイを利用して、多数の銀河団のX線データを統一的に解析し、高精度の質量関数測定を実現することを目的とする。これまで、X線領域で精度のよい質量測定を阻んできたのは、銀河団内部の複雑なガス進化に由来するスケーリング則の分散である。そこで、主成分分析から分散の物理起源を特定して取り除き、さらに遠方天体についても同様の解析を行ったうえで、広い赤方偏移範囲に適用可能な質量推定法の確立を目指す。今年度は、eROSITAとすばる望遠鏡Hyper Suprime-Cam(HSC)が共同で行った初期サーベイ領域について、可視銀河団の詳細なX線データ解析を行い、弱い重力レンズ効果と比較した。特に、リッチネスが40を超える大規模な銀河団43天体を対象に、X線スペクトル解析から温度光度関係や質量光度関係をはじめとするスケーリング則を導出した。また、X線イメージ解析から、高温ガスのX線輝度ピークと中心銀河の位置のずれを求め、銀河団の力学状態を推定した。その結果、X線銀河団サンプルに比べて可視銀河団は、不規則銀河団の割合が大きいことや光度温度関係の傾きが小さい傾向があることを見つけた。この観測成果に理論モデルとの比較に基づいた考察を加えて、主著論文を投稿予定である。, kaken

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• 2021年10月 - 2022年09月, 研究代表者, 宇宙Ｘ線望遠鏡eROSITAとXRISMによる銀河団ガスと活動銀河核の相互作用の研究, Angie Veronica, 日本フンボルト協会, 日独共同研究奨学金, 奈良女子大学
• 基盤研究(C), 2016年04月01日 - 2019年03月31日, 16K05295, 精密Ｘ線分光による銀河団ガスの速度構造の研究, 太田 直美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 奈良女子大学, 4550000, 3500000, 1050000, 銀河団は宇宙最大の天体であり、その中に存在する複雑なガス運動に由来する圧力が、ダークマターの質量を推定する上で最大の不定性の要因になっている。ひとみ衛星によりペルセウス座銀河団中心部のガス乱流の直接測定に成功し、それに由来する圧力が小さいことを示した。将来の本格的なＸ線詳細分光に備えて模擬観測を実施し、ガス運動の場所ごとのばらつきや、ダークマター質量をいかに正確に求められるかを検討した。また、すばる望遠鏡のサーベイによって新しく見つかった銀河団のＸ線観測データを系統的に解析し、天体の形態や温度と光度の関係およびその進化を調査し、既存の単純な理論モデルでは観測結果を説明できないことを示した。, url

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• 国際共同研究加速基金（国際共同研究強化）, 2017年 - 2019年, 16KK0101, 大規模Ｘ線サーベイによる銀河団質量関数の構築（国際共同研究強化）, 太田 直美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金（国際共同研究強化）, 奈良女子大学, 13260000, 10200000, 3060000, kaken

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• 基盤研究(A), 2013年04月01日 - 2017年03月31日, 25247028, X線マイクロカロリメータで探る宇宙のダークサイド, 満田 和久; 藤本 龍一; 太田 直美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(A), 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 43290000, 33300000, 9990000, 世界最先端のX線分光観測装置SXSから最大限の性能を引き出すための研究とその最大限の性能によって達成可能となるサイエンスについて従来の観測装置も用いた準備研究を行なった。ASTRO-H衛星の不具合のためSXSは短い期間の観測となったが，その間，想定通りに完璧に動作し，銀河団観測からダークエネルギーに関する制限を得る際に問題となる銀河団内高温物質の運動の影響が小さい示唆を得るなどの科学成果を得た。また，すざく衛星を用いたX線観測による暗黒物質探査の可能性を調べ，銀河ハローからの0.5から10keVの輝線放射の上限からステライルニュートリノについてこの質量範囲で，これまでで最も厳しい制限をえた。, url

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• 基盤研究(C), 2013年04月01日 - 2016年03月31日, 25400231, 銀河団の形成進化におけるエネルギー収支の解明, 太田 直美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 基盤研究(C), 奈良女子大学, 4420000, 3400000, 1020000, 銀河団は衝突合体を繰り返し、今もなお成長を続ける天体である。衝突の莫大な運動エネルギーは、銀河団中のガスを激しく加熱したり、複雑な運動を生んだりすることに使われる。このような銀河団形成に伴うエネルギー収支を理解することを目指して、主に「すざく」衛星のＸ線データを系統的に分析し、超高温ガスや非熱的ガスの存在に制限をつけた。また、近傍銀河団のガス運動探査を行い、規則型・不規則型銀河団の両方にガス運動が存在する兆候やガスと銀河の分布の違いを新たに見つけた。また、ASTRO-H衛星搭載Ｘ線カロリメータによる精密分光のシミュレーションを行い、ガス運動や銀河団質量が精度良く再現できることを示した。, url

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• 若手研究(B), 2010年 - 2012年, 22740124, 銀河団超高温ガスの探査, 太田 直美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究(B), 奈良女子大学, 3900000, 3000000, 900000, 銀河団の進化の解明を目指して、「すざく」衛星の広帯域X線分光データの解析を行った。複数の銀河団において、天体同士の衝突合体に伴って作られた超高温のガスの存在を確認した。一方、高エネルギー粒子からの非熱的硬X線放射は検出されず、従来よりも厳密な制限を得ることに成功した。さらに、準静水圧平衡の条件のもとで放射冷却下にある銀河団ガスの密度分布を計算し、観測との比較を示した。, url

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• 若手研究(B), 2007年 - 2009年, 19740112, X線分光を用いた銀河団ガスの運動の探査, 太田 直美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究(B), 東京理科大学, 3080000, 2600000, 480000, 宇宙最大の天体である銀河団のダイナミックな進化を解明することを目指して、「すざく」衛星を用いたX線観測を行った。銀河団中にはX線を放射する高温ガスが大量に含まれており、その運動や温度を詳細に測定できる。特に、銀河団RXJ1347中に3億度という宇宙で最も熱いガスの存在を初めてX線観測のみから確認することに成功した。これは2つの銀河団が数千キロメートル毎秒にもおよぶ高速で衝突合体したことによって生成された可能性が高い。, url

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• 特別研究員奨励費, 2001年 - 2003年, 01J02299, 銀河団の力学的進化の観測的研究, 太田 直美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費, 東京都立大学, 3900000, 3900000, X線天文衛星「あすか」および「ローサット」によって観測された79個の遠方銀河団のX線データ解析結果に基づいて、銀河団高温ガスの性質の統計的解析を行った。特に、温度とガス密度分布の相関や、ガス質量とダークマター質量の比(ガス質量比)の赤方偏移依存性について詳細に調べた。これより、第一に温度とガス密度分布の空間的広がりを特徴づけるコア半径の間には明らかな相関がないことがわかった。一方で、温度とX線光度の間の相関関係(いわゆる光度温度関係)には、コア半径により有意な違いが見られた。このことは、銀河団中の物質の空間分布を記述する際に従来用いられてきたSelf-similarの仮定が、現実の銀河団においては成り立っていないことを示している。また第二に、ガス質量比について79個の銀河団の平均値が、0.27±0.11と求められた。さらにこの値の推定における、銀河団の形成時期の仮定の影響について検討した結果、多くの銀河団が赤方偏移1.5で形成されたと考えると、銀河団中のガス質量比と宇宙全体のバリオン比がよく一致することがわかった。このことは、銀河団が現在考えられているよりも大きな赤方偏移でおこった可能性を示唆している。以上の研究結果を投稿論文としてまとめた。
  また、野辺山45m電波望遠鏡を用いて銀河団RDCS0910のスニヤエフゼルドヴィッチ効果(SZ効果)の観測を行った。この天体は赤方偏移1.1に位置する超遠方銀河団であり、過去のX線観測から近傍銀河団と同程度の温度、質量をもつ高温ガスの存在が示唆されている。この天体からSZ効果の信号が検出されれば、電波で観測された最遠方の銀河団となるばかりか、銀河団ガスの進化を理解するうえで重要な手がかりが得られると期待される。今年度この天体の20時間の観測データを蓄横することができた。現在この天体からのSZ効果初検出を目指してデータ解析を進めている。, kaken

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• 特別研究員奨励費, 1998年 - 2000年, 98J05075, X線による遠方銀河団の観測的研究, 太田 直美, 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費, 東京大学, 2700000, 2700000, kaken

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• 超高分解能Ｘ線カロリメータの開発実験, 0, 0, 0, 競争的資金
• 銀河団の構造進化の観測的研究, 0, 0, 0, 競争的資金
• Development experiment of High-resolution X-ray spectrometers, 0, 0, 0, 競争的資金
• Observational study of structure and evolution of galaxy clusters, 0, 0, 0, 競争的資金
• 2021年度日独共同研究奨学金, 2021年09月01日 - 2022年08月31日, 研究代表者, 宇宙X線望遠鏡eROSITAとXRISMによる銀河団ガスと活動銀河核の相互作用の研究, 日本フンボルト協会, 日独共同研究奨学金