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【プレスリリース】ダークマターを見る!– HSC国際チームが宇宙の標準理論を検証 [Press Release] How to see the invisible: Using dark matter distribution to test our cosmological model

東京大学 国際高等研究所 カブリ数物連携宇宙研究機構(Kavli IPMU)/ Beyond AI 研究推進機構の高田昌弘 教授と杉山素直 特任研究員(研究プロジェクト:量子ゆらぎから天の川銀河の形成史の解明を通じたAIの進展 / 研究リーダー: 村山斉 教授)を含む、すばる望遠鏡の超広視野主焦点カメラによる大規模撮像探査(HSC-SSP)の国際共同研究チームから、アインシュタインが提案した宇宙の標準理論の矛盾を突く可能性のある研究成果が発表されました。

「今回、すばる望遠鏡Hyper Suprime-Cam宇宙観測の中間データを用いて、弱重力レンズ効果という宇宙の現象を測定し、その測定結果と宇宙理論を比較することで、宇宙論パラメータとよばれる宇宙を記述する物理量を測定しました。この理論モデルのなかで、宇宙論シミュレーションの大量のデータを学習データとして用い、ディープラーニングで回帰モデルを構築しました。つまり、この理論モデルはスーパーコンピュータで作った宇宙と同等で、すばるの観測とスパコンの理論を比較したことと同等になります。それを用いて、宇宙論パラメータを測定したところ、初期宇宙のデータとの矛盾が発見されました」


An international team of astrophysicists and cosmologists from various institutes, including Professor Masahiro Takada and Dr. Sunao Sugiyama, a Project Researcher, of the Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) at the University of Tokyo, submitted a set of five papers that suggest the possibility that the standard cosmological model proposed by Einstein may be incomplete in some interesting way.

Professor Takada commented on the application of AI to the experiment as follows:
“In this study, we used interim data from the Subaru Telescope Hyper Suprime-Cam survey to measure a cosmological phenomenon called weak gravitational lensing effect. We then compared the measurement results with the cosmological model to measure physical quantities that describe the universe, called cosmological parameters.
In this theoretical model, we constructed a regression model using deep learning, with a large amount of data from cosmological simulations as training data. In other words, the theoretical model is equivalent to a universe created on a supercomputer and is equivalent to comparing Subaru’s observations with a supercomputer’s theory. Using this, we measured the cosmological parameters and found discrepancies with the data of the early universe.”

Professor Takada and Dr. Sugiyama are the Sub-Leader and Associate Researcher, respectively, of the Basic research project “New developments in AI through study of evolution of the Milky Way from initial quantum fluctuations to its assembly” (Research Leader: Professor Hitoshi Murayama of Kavli IPMU) at the Institute for AI and Beyond.

Full press release at the Kavli IPMU Official Website:
Project page of Professor Murayama's Research Group at the Institute for AI and Beyond:

[プレスリリース] AIとスーパーコンピュータで広大な銀河地図を解読 – 宇宙の成り立ちを決める物理量を精密に測定 [Press Release] Extensive training on virtual universes from supercomputer simulations produces AI-assisted analysis of three-dimensional galaxy distribution in our Universe

東京大学 国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構(Kavli IPMU)/ Beyond AI 研究推進機構の高田昌広 教授(研究プロジェクト:量子ゆらぎから天の川銀河の形成史の解明を通じたAIの進展 / 研究リーダー 村山 斉教授)、アリゾナ大学 天文学科 小林洋祐 博士研究員ら共同研究チームは、国立天文台のスーパーコンピュータ「アテルイII」の数値シミュレーションデータと機械学習の手法であるニューラルネットワーク法を組み合わせ、銀河地図データから「宇宙論パラメータ」と呼ばれる、宇宙の性質を決める基本的な物理量を測定することに成功しました。

今回開発された新しい解析手法は、カブリIPMUが中心に進めるすばる望遠鏡超広視野多天体分光装置Prime Focus Spectrograph (PFS)による銀河地図への応用により、ダークマターの総量、ダークエネルギーの性質などを解明し、現在の標準的な宇宙の理解を超えた新しい発見へと繋がる可能性を秘めています。

本研究成果は、2022年4⽉20⽇に⽶国の物理学専⾨誌「Physical Review D」にオンライン掲載されました。

・プレスリリース全文(Kavli IPMU ホームページ)
・論文概要「Physical Review D」

A team of researchers including Professor Masahiro TAKADA of the Institute for AI and Beyond, and Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) of the University of Tokyo, led by Postdoctoral Research Associate Yosuke KOBAYASHI at the University of Arizona combined machine learning technique, a neural network method with numerical simulation data by the supercomputer “ATERUI II” at the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) to successfully generate theoretical predictions of the power spectrum, and then measure the most fundamental quantities which characterize properties of the universe such as the amount of dark matter.

The emulator developed in this study is expected to be applied to galaxy maps that will be captured by the Prime Focus Spectrograph, under development, led by the Kavli IPMU, to be mounted on NAOJ’s Subaru Telescope, to study dark matter mass and the nature of dark energy, leading to new discoveries beyond the current understanding of the universe.

Details of their study were published in Physical Review D on April 20, 2022

Professor Masahiro TAKADA is the Sub-Leader of the Basic Research Project entitled “New developments in AI through study of evolution of the Milky Way from initial quantum fluctuations to its assembly” at the Institute for AI and Beyond of the University of Tokyo.

Related Links:
・Full press release at Kavli IPMU official website
・Paper Abstract in Physical Review D