種々の宇宙論的観測に対する重力レンズ効果と、そ
れを用いた宇宙論的パラメータの決定
著者
二間瀬 敏史
種々の宇宙論的観測に対する重カレンズ効果と､
それを用いた宇宙論的パラメータの決定
(研究課題番号 12640249) 平成1 2年度∼平成1 4年度科学研究費補助金(基盤研究(C)(2) )研究成果報告書
平成15年3月 研究代表者 二間瀬敏史 (東北大学大学院理学研究科 教授) ' 二･/ ､ l上 ''Y か - -i ヽ 私 丁 〆 'j f ∫ J J･ rJ 一･ ■ ■l _I ノー ノノ ､′平成1 2年度科学研究費補助金 (基盤研究 C2) 研究成果報告書 研究課題 種々の宇宙論的観測に対する重カレンズ効果と､それを用いた宇宙論的パラメータの決定 研究課題番号: 12640249 研究組織 研究代表者 二間瀬敏史 (東北大学大学院理学研究科 教授) 研究経費 平成1 2年度 平成1 3年度 平成1 4年度 計 3, ' ' 1 1 円 円 円 円 千 千 千 千 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 7 0
研究発表
(1)学会誌
1. The Tbpology ofa WeakLen8ing Field inthe Neighborhood of MS 1054103
J, Sato, K Umetsu,ThT, YzLnada
Astrot)hvsicalJournal. 582. L67 (2002)
2. 0bBerVation8 0f dark Bide of the universe by gravitationallenBing.
T. Futama8e
lntemtionalJournalofModernPhvSics A. 17. 2677･2687. 2002
3. The gravitational8Cattering of the cosmic znicrowave backpund by dark clu8terB
ofgalaxie8
0. A80, 班. Hattoriand T. Futamase
AstroT)hvsicalJournalLetterS. 576. L5･L7. 2002
4. SubaruSpectro8COPy Of GravitationalLenB HST 14176+5226:lmpbationsfor a
Large CoBmOlogicalCon8tant
. Y. OhyamもT. Ham, N. Eashikawa, 班. Chiba,軸M. Iye,
E.払wabata,EAoki, T. Sa8iki,a. Eb8ugi and T. Thhta
AStrOnOmV Journal. 123. 2903. 2002
5. LopornalProperty ofWeakLenSing Fields
A.恥myi, M. Thknda,T. H乱mam, Ⅰ.払yo,
AStrOT)husicalJournal571. 638. 2002
6. R･mode hstability of Slowly Rotating Non･i8entrOPic Relatividic Stars
Shijun Yo8hida and T. Futana_S_e_
Phviscal. Review. D.. 64. 123001. 2002
7. Fe乱Sibility of Probing Dark EnergywithStrong GravitationalLen8ing Sysytem
K YananotoY. XadoyaT. MtmtaT. Futamase
8･lmplication Omega_mthroughthe morphologicalanabSi8 0fweak lensingfieldS
Junkhi Sato,Masahiro Taknda Y. P. Sing, andTbShiAstroT)hvsical JournalLetters. 551. L5･L8.2001
9. Equation of Motion for Relativi8tic Compact Binarie8withthe Strong Field Point Particle Limit:the Second and HalfPoBt･NeqTtOnianOrder
Yousuke ltoh, Tb8hifumiFutama8e, Hideki A8ada
PbvSieaL Review. D63:064038.200 1
10. 0n the abtmdanCe Ofcollap8ed objects
M. XerSCher, T. Buchert and T. FutBLnaBe
AStrOlnVSicalJournal.Letters. 558. L75178. (2001)
ll.Light prop岬tion in inhomogeneotLB universe II. Co8mOlogiCalPiLrameter Survey
P. Premana, H. Martel, R. Mat盗ner and T. FutamaSe,
AstroT)hvsicalJournal. gut)Dlement. 135. 7･39. (2001)
12. PoSSible method to reconstruct the cosmic equation of 8tate from 8trOng
gravitational1ensing 8y8ten8
R. Yamamoto and T,. Futana8e
Pro訂e88 0fTheoretical. Physics. 105. D.707.抱oo I)
13. Possible neiLSurement Of Quintessence and density pariLmeter using strong gravitati6nallenBing events
T. FutanaBe and S. Ydda
Pro町eSS OfTheoretical. Phvsic8 105. D.887.也ool)
14. A Determination of the Hubble PzLraneterwiththe GravitationalLens System
PG 1 1 15+080
M.Thda and T. Futamase_
pro肝eSS Of Theoretical. Phvsic8. 104 97 1･980.也ooo)
15. EIZbcts ofWiakLenSing onthe Tbpology of CMB Maps
Astro h s. Journal. Letterts. 544 L83･L86 2000
16･ Detectabnity of GravitationalLenSing E飽ct onthe Tbo･point CozTelation Function
ofHotspots in the CMB maps
M. Thknda and T. FutamaSe
AstroDhvSical. Journal. 546.620･634(2000)
17･ Detction of Dark Matter Concentrations in the Field of Cl 1604+4304from W由k
LenSing Analy8i8
K Umetgq …amase
Astro h sicalJournalLetters. 539 L5 2000
18･ Equation of motion for relativi8tic compact binarieswiththe 8trOngfield point
particlelimit I: Fornulation･the血st po8t･Nedonian and multipole terns Y. Itoh,且Futamase and
PhvsicalReview. D62. 064002 (2000)
19･ GravitationalLenBing E触t on the Correhtion of the Eot叩Ot8 in the Co8mic
Microwave Back訂Ound aS the Sensitive Measwe of Signa18 M. Thkada,乱EomatBu and Ti Futamase
AstroT)hvsicalJournalLetters.: 533 L83 (2000)
20･ mghFrequency Gravitational血Idiation md Ringing Dm of an I80lated
Gravitating System
T･- Futama_89_ and P･ A･ Hogan
研究成果 重カレンズは1 9 7 9年に最初の例が発見されて以来､数多くの観測がなされ､現在で は天文学､宇宙論にとって最も重要な観測の一つになっている｡また宇宙マイクロ波背景 輯射の観測や1 0mクラスの大望遠鏡による赤方偏移が1をはるかに超える深宇宙の観測 では､観測量はすべて何らかの意味で重カレンズを受けている｡本研究の目的はこのよう な状況にかんがみ比較的天文学的不確実性が少なく､さらにハッブル宇宙望遠鏡などの詳 細な観測結果が存在するか､または近い将来スバル望遠鏡クラスの観測装置で観測される 系や宇宙マイクロ波背景暗射を取り上げて､それらに対する重カレンズ効果を調べ､宇宙 論的パラメータへの制限や構造形成bについての知見をえることである｡以下に本研究で 得られた成果をあげる｡ 1.重カレンズには強い重カレンズと弱い重カレンズの2種類があるが､それぞれの 現象を用いて宇宙論パラメータにどのような制限が得られるかを理論的および観 測的に研究した｡特に強い重カレンズ効果を用いた宇宙定数の測定を提案した｡ この提案は､ ｢すぼる｣望遠鏡の観測に採用され2001年5月にHST14176+5226 と呼ばれるレンズ系を詳しく観測して宇宙定数が正の値をもつことを強く示唆す る結果が得られた｡他のレンズ系を用いたこの種の観測の捷秦は来年度も採用さ れていて､さらに強い制限が得られることが期待される｡またこの方法は宇宙定 数ばかりでなく真空のエネルギーの時間変化の測定に対しても有効であることを 示した｡ 2. 弱い重カレンズに関しては宇宙の大歳模構造によって背景の多数の銀河の形状が 組織的にゆがめられる宇宙シアと呼ばれる現象によって､宇宙の平均密度を求め る観測が世界のいくつかのグループで行われているが､これまでの方法では平均 密度の決定精度はあまりよくないことが知られている｡我々は宇宙シアにミンコ フスキー関数と呼ばれる方法を始めて適用して従来の方法よりも20%精度よく平 均密度が決定できることを数値計算によって示した｡また現実的な非一様宇宙に おける光の伝播の詳しい振る舞いを､多数の宇宙モデルごとに大規模な数値シミ ュレーションによって調べた｡これによって宇宙論的な観測から宇宙モデルを決 める基礎的なデータを得ることができた｡ 3. ｢すぼる望遠鏡｣への一般プロポーザルで採択され観測をおこなった銀河団につ いて弱い重カレンズによるweak 8hearfieldの解析を行い銀河団に付随するダー
(2)口頭発表
1.すぼる望遠鏡による重カレンズ観測の現状と展望 .理論懇談会､大阪 平成1 3年12月 招待講演
2. Frontier of Cosmology and Grayitation, Kyoto, Japan, April. 2001招待講演
3. International Workshop on Galaxies: Formation and Eyolution,
Shanghai, China, 23125 May. 2001 招待講演
∫
4. Journees Relativistes.
Dublin, Ireland, 6-8, September. 2001 招待講演
5.重カレンズによる観測的宇宙論
立教大学 散舌会 平成1 4年5月
6.重カレンズによる宇宙論パラメータと暗黒物質分布の観測
クマターの分布を調べた｡その結果､銀河団を取り囲むようにダークマターが存 在すること､および銀河団と同定されていない領域にもダークマターが存在する 可能性を示唆した｡ 4. 3.で述べた銀河団に付随しないダークマターの存在を確かめるために､宇宙マ イクロ波背景輯射の重力散乱を利用する方法を提案した｡ 5. 8hear丘eldによって面密度分布の非線形債域での揺らぎを解析的に扱うために lognomal分布を用いることを提案し､数値計算によって現実の分布をよく再現す ることを確かめた｡ 6. 宇宙マイクロ波背景輯射に対する大域的構造による重カレンズ効果を調べた｡特
にそれまで注目されていなかったbot 8pOtSあるいはeold spotsの2点相関関
数に対するレンズ効果を調べ､その効果が近い将来に計画されている観測で観測 可能なことを､および構造形成にとって重要な密度揺らぎの振幅の情報が密度パ
ラメータとは独立にえられることを示した｡
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