2021年2月21日、サマチャレOB/OG発表会

1. これまでのキャリア＆研究紹介
島袋隼士（云南大学、SWIFAR）
©NASA
サマチャレOB/OG研究発表会（2021年2月21日）
twitter:@smbkrhyt

2. 今日の 容
• 私のアカデミックキャリア
• 私の研究内容

3. • 島袋隼士（しまぶくろ はやと）
• 1987年10月29日生まれの33歳（つんく♂、高嶋政宏、堀江貴文）
• 沖縄県那覇市出身
• 東北大学宇宙地球物理学科天文学コース卒（2011年3月）
• 名古屋大学大学院素粒子宇宙物理学専攻卒（2016年3月、博士（理学））
• でも、博士課程はほとんど熊本大学
• パリ天文台（ポスドク）→清華大学（ポスドク）→雲南大学（助理教授）
• 英検2級、漢検2級
• 専門は観測的宇宙論。特に宇宙再電離期、21cm線。
• 趣味：将棋、読書、中国語学習、アイドルの応援、筋トレ＆ジョギング、映画鑑賞、絵画鑑賞、料理。
ざっくり自己紹介

4. •清華大学(2018-2019)
•パリ天文台(2016-2018)
•東北大卒（2011年） •博士号（名古屋大学、2016年）
アカデミックキャリア

5. •清華大学(2018-2019)
•パリ天文台(2016-2018)
•東北大卒（2011年） •博士号（名古屋大学、2016年）
アカデミックキャリア
•云南大学（2019ー）

6. 第3回サマチャレ（2009年8月）
「実験スケールでの万有引力の検証（立教大・村田）」
東北大三年生の時に参加
サマチャレで知り合った友人たちとは今でも親交が続いています。
（大学教員、ポスドク、民間就職、国家公務員etc）

7. 第5回サマチャレ（2011年8月）
修士1年生の時にTAとして参加。
（サマチャレ期間中38℃近い発熱をしてしまいほとんど役に立たず・・・）

8. 大学４年時には二間瀬敏史氏の元で重力レンズ、観測的宇宙論の基礎について学ぶ
東北大学を卒業後、観測的宇宙論の研究がしたくて名古屋大学C研
（観測的宇宙論研究室）に入学（２０１１年4月）。
研究をするんだ！と目を輝かせていた。
並行して独力で１年かけて→のテキストを読み終えた
サマチャレ後の私
卒業研究ではWMAP衛星の論文を読んで、ベイズ統計的なパラメー
ター推定方法（Markov Chain Monte Carlo、MCMC法）について
学習

9. 大学院入学後
・入学後初めてのセミナーでボッコボコにされる
→研究の世界の厳しさを身を以て知る。
・同期や先輩がみんな優秀（先輩は全員、学振DC持ち）
→学部までの自分は井の中の蛙だったと痛感。でも、人は人、自分は自分。
・勉強と研究は全くの別物
→研究は自分で新しい知識を産み出す作業。壁にぶち当たることは何度もある。
・大学に行きたくない日々が何度もあった（突然、地球が割れないかなぁ・・と思った）
→でも、毎日大学に行った。大学に行って人と会い、雑談や議論をすることが大事。
一人でひきこもらないで。
・でも、何故か博士課程に進学
→不思議と博士課程進学に関しては悩まなかった。

10. 初の海外長期滞在
博士課程1年目、初の海外長期滞在のチャンスが。しかし、それまで海
外経験ほとんどなし！そして、私の英語力は英検2級！
博士課程1年時、日本学術振興会の頭脳循環プログラムで約300日海外に
フローニンゲン（オランダ） オックスフォード（英国）
メルボルン（オーストラリア）にも3ヶ月滞在。

11. 初の海外長期滞在
博士課程1年目、初の海外長期滞在のチャンスが。しかし、それまで海
外経験ほとんどなし！そして、私の英語力は英検2級！
博士課程1年時、日本学術振興会の頭脳循環プログラムで約300日海外に
フローニンゲン（オランダ） オックスフォード（英国）
メルボルン（オーストラリア）にも3ヶ月滞在。

12. 初の海外長期滞在
博士課程1年目、初の海外長期滞在のチャンスが。しかし、それまで海
外経験ほとんどなし！そして、私の英語力は英検2級！
博士課程1年時、日本学術振興会の頭脳循環プログラムで約300日海外に
フローニンゲン（オランダ） オックスフォード（英国）
メルボルン（オーストラリア）にも3ヶ月滞在。

13. 個人的にお気に入りな場所（ロンドン）
グリニッジ天文台
子午線
バッキンガム宮殿
大英博物館
ウェストエンド

14. 海外訪問歴
研究者は研究会で海外に行くことが多い。私の場合・・・
韓国、台湾、インド、中国、アメリカ、イギリス、イタリア、バチカン、オランダ、
ギリシャ、クロアチア、スペイン、ドイツ、フランス、
オーストラリア
Q.下の写真の共通点分かりますか？
ギリシャ
シチリア島
ドブロニク（クロアチア）

15. 海外経験で学んだこと
・渡航後しばらくは、言語の壁に阻まれて苦労。
→オランダでの最初の3ヶ月は英語が聞き取れない、話せないで本当に辛かった。
人と会いたくなかった。
・英語は話さないと上達しない。
→オックスフォードに移ったら、親日家のイタリア人と仲良くなり、彼を起点に友人
が増えた。金曜日にはパブに繰り出していた。必然的に英語で話す機会が増えた。
・文法のミスは最初は気にしないのが大事。
→とにかく話す事が大事。会話の中で文法ミスもするかもしれないが、相手はさほど気に
しない。
・研究者に必要な能力の一つはコミュニケーション力
→研究遂行のためだけではなく、海外生活ではコミュニケーション力は必須。日本にいる
時はコミュ力低かったけど、海外ではパーティーとかにも積極的に参加した。
学生の時に海外を一年経験したことで、海外がアカデミックキャリアの選択肢に入った

16. 博士号取得、そして海外へ
2016年3月、博士号を取得。その後、先輩に紹介してもらったパリ天文台にてポ
スドクを開始。
子午線
350年の歴史！
＊職場からエッフェル塔が見えました。
「ダ・ヴィンチ・コード」でも出てくる。
（ボスのBenoit Semelin氏と）
パリでは機械学習を用いた21cm線シグナル
解析方法を提案。初めての方法だったので
私の論文で一番引用されている。

17. ここが私のアナザースカイ、パリ
美術館
スイーツ
建造物

18. とにかくでかい！
敷地面積406ヘクタール
（東京ドーム87個分）
北京大と並ぶ中国屈指の名門大学。
理工系ランキングでマサチューセッ
ツ工科大学（MIT）を抜いた年も。
次なる地、北京
2018年4月、北京の清華大学へ異動。
そして学生が優秀。セミナーは全部英語。

19. 2019年12月より助理教授として云南大学・SWIFARに着任。
そして、云南へ
SWIFARは2017年設立の若い研究所

20. 2019年12月より助理教授として云南大学・SWIFARに着任。
そして、云南へ
SWIFARは2017年設立の若い研究所

21. （海外で）ポスドクになるには
・まずは博士号を取得しましょう。
→博士号はアカデミックキャリアの免許証です。これがないと始まりません。
・ポスドクの公募情報をチェックしましょう。
→天文分野だと、tennetやAmerican Astronomy Society(AAS)の公募サイトに情
報が掲載されます。物理を含む幅広い分野だとJrec-inなど。他には自分の研究分
野のコミュニティーで情報が共有されるはず。先輩の伝手なども。
・必要書類を作成して公募に応募します。
→多くの公募では、CV（履歴書）、研究計画書、推薦書3通が必要とされます。
・書類審査が通ったら、オンライン面接
→面接は大体30分程度。10−15分程度で研究紹介や今後の研究計画をプレゼン。
応募先との研究の親和性も強調しましょう。その後は質疑応答。こちらから待遇
等について問い合わせてもオッケーです。

22. 大学教員になるには
・ポスドク同様、まずは公募情報をチェック。
→世界中の公募情報にアンテナを張り巡らせましょう。
・ポスドク経験を何回か積む。
→2,3回ポスドクの経験を積むと良いとされている。
・必要書類を作成して公募に応募します。
→ポスドク同様、CV（履歴書）、研究計画書、推薦書3通に加えて教育の抱負が
必要。
・書類審査が通ったら、現地面接
→応募先の大学に呼ばれます（航空費、ホテルは大学持ち）。そこでコロキウム
をしたり、現ファカルティ−達と面談、学生やポスドク達とランチをしたります。
私の場合、一週間の滞在で各ファカルティ−と一人一時間の面談をしました。ち
なみに、コロキウムの発表練習は何度もやりました。

23. 海外研究生活のすすめ
・比較的早い段階（3年8ヶ月）でポスドクを終えることができた
→国内でポストをゲットするのは熾烈な競争。ポストを国内に限定せずに、海外
も視野に入れた就職活動をした。また、積極的に公募に応募した。歴史の浅い研
究所。
・自分の研究分野の本場で研究する
→研究内容自体はもちろん重要だが、誰とやっているのかも重要。自分の研究分野
で名前が知られている人とやると、覚えてもらいやすい。
・研究ネットワークの形成
→昨今は研究会もオンラインになりつつあるので難しいが、海外の研究会に参加
することでネットワーク形成に役立つ。特にヨーロッパにいると、ヨーロッパの
研究会に参加しやすい。
・海外の文化を知る。
→海外で生活することでその国の文化を知ることができ、視野が広がる。

24. 21cm線で探る宇宙再電離期
Aman Chokshi

25. 現在の宇宙
©Hubble space telescope

26. 現在の宇宙
星、銀河で煌めく夜空
©Hubble space telescope

27. 過去の宇宙

28. 過去の宇宙
星や銀河が存在しない真っ暗な宇宙

29. 過去の宇宙
星や銀河が存在しない真っ暗な宇宙
真っ暗な宇宙はどのような過程を経て、現在の宇宙になっ
たのだろう？

30. 赤方偏移
赤方偏移 z（redshift)：宇宙膨張によって、光の波長がどれだけ伸びた
のかを表す量。大きい値ほど、過去の（若い）宇宙。
＊救急車のサイレンと同じ（近づいてくる救急車と遠ざかる救急車で聞こえ方が違いますね。）
元々の波長
伸びた波長
z=0 : 現在（138億歳）
（例）
z=0.1 : 124億歳
z=1 : 60億歳
z＝10：6億歳
z＝20：1億歳
宇宙年齢
z =
0
0

31. 宇宙の歴史
Present
Past
https://universe-review.ca/
Epoch of
Reionization
Dark ages
宇宙暗黒時代（Dark Ages）・・・星や銀河の存在しない真っ暗な時代
宇宙再電離期（Epoch of Reionization, EoR)・・・銀河からの紫外線光
子によってIGM（銀河間物質）中の水素が電離 (z 6-15).
宇宙の夜明け(Cosmic Dawn)・・・宇宙最初の星や銀河が作られる
(z 20-30).

32. 宇宙の歴史
Present
Past
https://universe-review.ca/
Epoch of
Reionization
Dark ages
宇宙暗黒時代（Dark Ages）・・・星や銀河の存在しない真っ暗な時代
宇宙再電離期（Epoch of Reionization, EoR)・・・銀河からの紫外線光
子によってIGM（銀河間物質）中の水素が電離 (z 6-15).
宇宙の夜明け(Cosmic Dawn)・・・宇宙最初の星や銀河が作られる
(z 20-30).

33. （C)Kenji Hasegawa（Nagoya University）
Credit: M. Alvarez, R. Kaehler and T.Abel

34. （C)Kenji Hasegawa（Nagoya University）
Credit: M. Alvarez, R. Kaehler and T.Abel

35. 宇宙再電離をどうやって観測するか？
銀河間物質（IGM）はほとんど水素
水素から出る光を観れば良い！
宇宙再電離期は未だ観測されていない天文学のフロンティア！初代星
や初代銀河とも深い関係があるのでとても重要な時代。

36. 宇宙再電離をどうやって観測するか？
銀河間物質（IGM）はほとんど水素
水素から出る光を観れば良い！
宇宙再電離期は未だ観測されていない天文学のフロンティア！初代星
や初代銀河とも深い関係があるのでとても重要な時代。

37. 宇宙再電離をどうやって観測するか？
銀河間物質（IGM）はほとんど水素
水素から出る光を観れば良い！
宇宙再電離期は未だ観測されていない天文学のフロンティア！初代星
や初代銀河とも深い関係があるのでとても重要な時代。

38. 宇宙再電離をどうやって観測するか？
銀河間物質（IGM）はほとんど水素
水素から出る光を観れば良い！
宇宙再電離期は未だ観測されていない天文学のフロンティア！初代星
や初代銀河とも深い関係があるのでとても重要な時代。

39. 宇宙再電離をどうやって観測するか？
銀河間物質（IGM）はほとんど水素
水素から出る光を観れば良い！
宇宙再電離期は未だ観測されていない天文学のフロンティア！初代星
や初代銀河とも深い関係があるのでとても重要な時代。

40. 21cm線
○21cm線放射/吸収 : 中性水素原子の超微細構造によって21cm線
電波の放射/吸収が起きる。
z=8 : λ=(1+8)*0.21=1.89m , ν=159 MHz
z=27 : λ=(1+27)*0.21=5.8m , ν=51MHz

41. 21cm線

42. 中性水素から電波が出る！
つまり・・・
ということが重要。
21cm線

43. 21cm線（発展的内容）
•21cm線放射 :超微細構造によって、IGM中の中性水素は21cm線を放射する.
z=6 (EoR) → 1.5m or 202 MHz
z=20 (cosmic dawn) → 4.4m or 68MHz
電波 域!
IGM中の21cm線を使えば、中性水素の3次元分布を赤方偏移に沿ってトモグラ
フィー的に観測できる
Tb =
TS T
1 + z
(1 exp(⌧⌫))
⇠ 27xH(1 + m)
✓
H
dvr/dr + H
◆ ✓
1
T
TS
◆ ✓
1 + z
10
0.15
⌦mh2
◆1/2 ✓
⌦bh2
0.023
◆
[mK]
•輝度温度 (21cm signal)
赤 : 宇宙論 青 : 天体物理

44. 21cm線で探る
21cm線を通して、銀河間物質の状態を知ることができる。
銀河間物質（IGM） 観測者
21cm線電波
電離していない（水素は中性）→21cm線が見える
電離している（水素はイオン化している）
→21cm線が見えない（というのが見える）

45. 再電離と21cm線
再電離期の銀河間物質（IGM）の状態を直接観測したい。
銀河間物質（IGM）の中性水素からの21cm線シグナル
宇宙初期の星形成や銀河形成の物理が分かる。
21cm線で観たIGM（シミュレーション結果）
イオン化率５０％ イオン化率80％
再電離領域
中性領域

46. 現在の21cm線への制限
予想される21cm線シグナルの2,3桁大きいところに上限値を与え
ている。もう一息。
HERA collaboration 2019
（2020年現在、もう少し制限は良くなっている）

47. 21cm線を観測するには

48. 21cm線は電波なので、電波望遠鏡を用いて観測する。
電波観測
FAST望遠鏡（単一鏡、中国） ALMA望遠鏡（干渉計、チリ）

49. D [m]
時間差 ✓ =
D
21cm線は複数の電波望遠鏡を組み合わせた電波干渉計を用
いて観測する。
角度分解能
感度
（集光力）
(望遠鏡自体の温度)
電波干渉計

50. SKA-Low
•オーストラリアに建設
•観測開始時期 2028
•周波数： 50-350MHz(z=3 27)
•角度分解能 : 数秒角
•FoV :数十ー100平方度
•集光面積 : 400 000 m2
高分解能
&
高感度
＊イメージ図

51. SKA-Low
•オーストラリアに建設
•観測開始時期 2028
•周波数： 50-350MHz(z=3 27)
•角度分解能 : 数秒角
•FoV :数十ー100平方度
•集光面積 : 400 000 m2
高分解能
&
高感度
2030年代は宇宙再電離研究の時代！
＊イメージ図

52. 私のこれまでの研究活動
• 21cm線シグナル高次統計量（bispectrum、skewness）
• 機械学習を用いた21cm線シグナル解析の提案
• 21cm forestを用いた暗黒物質の探査方法の提案
• ミンコフスキー汎関数を用いた再電離期のトポロジー解析
Artificial Neural Network(ANN)
などなど

53. 参考文献

54. 参考文献
•国際SKAサイエンスブック (https://www.skatelescope.org/books/)
•Japanese Cosmic Dawn/Epoch of Reionization Science with the
Square Kilometre Array (arxiv:1603.01961)
• SKA日本サイエンスブック(http://ska-jp.org/science.html)

55. メッセージ
•暗黒時代から再電離期に渡る宇宙の歴史はフロンティア
•21cm線はこれらの時期を探る強力なツール
•SKAは暗黒時代から再電離の情報をもたらしてくれると
期待されている
•日本では再電離や21cm線研究を行っている人材は少ない
ので、すぐに第一線で活躍できる。興味のある人募集中！
連絡先：shimabukuro@ynu.edu.cn
twitter:@smbkrhyt