Transcript Cosmic string関係

SKA-JP 「銀河進化と遠方宇宙」, 2013/2/20@京都
Cosmic strings and
early structure formation
山内大介
ICRR (~2013/3) -> RESCEU (2013/4~)
共同研究者：北嶋直弥(ICRR), 川崎雅裕(ICRR)
宇宙弦とは…
場の理論的宇宙弦
(Field-theoretic cosmic strings)
V(φ)
T > Tc
宇宙ひも
T = Tc
T < Tc
y
φ2
φ1
1/14/2011
x
場の空間
物理的空間
Daisuke YAMAUCHI
3
弦理論的宇宙弦
(cosmic superstrings)
[Sarangi+Tye (2002), Jones+Stoica+Tye(2003), Dvali+Vilenkin(2004)]
弦理論的インフレーション模型
D-ブレーン
反D-ブレーン
• D-ブレーン-反D-ブレーン間の引力によるインフレーション
• ブレーン対消滅のエネルギーによって再加熱
→ 低次元物体(弦)にエネルギーの転化
宇宙弦の2つの可能性
 弦理論的宇宙弦
• スーパーストリング理論の基礎物体
• インフレーション終了時に生成
• 弦理論のプローブ
 場の理論的宇宙弦
• ひも状の位相欠陥
• 自発的対称性の破れ時に生成
• 相転移のプローブ
[Bevis, Hindmarsh, Kunz, Urrestilla, 2007]
21cm線観測にはどんな影響を及ぼすか
ウェイク
別の方法
21cm線観測への影響
 重力レンズ
宇宙弦
active perturbations
• グラディエントモード
• カールモード
→ 関口さんのトーク
バリオンとの相互作用
[Khatri+Wandelt, PRL 100, 091302 (2008)]
21cm線観測への影響
宇宙弦
active perturbations
バリオンとの相互作用
宇宙弦の強い重力によって測地線が変化
非線形構造 = “ウェイク”
 板状構造の直接観測
[Brandenberger+(2010), Hernandes+(2011),Pagano+(2012)]
 早い構造形成 → 早い再イオン化(?)
 宇宙弦起源ミニハロー
宇宙弦の作る時空構造：円錐構造
局所的には平坦
欠陥角
From Vilenkin-Shellard
4/8/2011
Daisuke YAMAUCHI
9
Cosmic string wake
横から見て
欠損角
``ウェイク’’
欠損角
相対速度
上から見て
ウェイクの構造
Tshock ~ mH u2
ρbwake ~ 4 (Tshock/Tcool) ρb
[Pogosian+Vikenkin,PRD70,063523(2004)]
同一視
[Stebbins+Veeraraghavan+Brandenberger+Silk+Turok (1987)]
ウェイクで構造形成
いまさら宇宙弦で構造形成
 主要素：インフレーション起源（ほぼ）Gaussian揺らぎ
+
 部分要素：宇宙ひも起源highly non-Gaussian揺らぎ
小さくとも、構造を作りやすい！
確率
分布
確率
分布
Gaussian
highly
non-Gaussian
ハロー
ハロー
δc
δ=δρ/ρ
δc
δ=δρ/ρ
z=8
z=4
wake
ウェイク生成
z=2
z=1
z=0.5
z=0
崩壊して構造形成
[Wandelt, ApJ 503, 67 (1998)]
Fragmentation of wake into beads
横から見て
d~LJ
d
Free-fall time後
~1/H
d
~1/H
d~LJ
[Pogosian+Vikenkin,PRD70,063523(2004)]
上から見て
ビーズ生成率
LJ
LJ
LJ
Free-fall time後
~1/H
~1/H
tffで今見えているウェイクが全てビーズに崩壊
⇒ tffごとに大きさLJのビーズを ~1/H2LJ2 個生成
MD中に生成したウェイクの発展
Mh =Σwaked2
ウェイク崩壊
“String halo”
Mcrit ~106Msun
“String wake”
生成時間
zi
~tff
z*
z
String wakeが崩壊せず残る
RD中に生成したウェイクの発展
Mh =Σwaked2
ウェイク崩壊
“String halo”
Mcrit ~106Msun
zeq
z
tff
String halo mass function
dn/d(lnM)
RD中に生成したウェイクが
崩壊したハロー
MD中に生成したウェイクが
崩壊したハロー
崩壊していないウェイク
Mcrit ~106Msun
Mh
PS(z=10)
PS(z=20)
PS(z=30)
ビリアル温度 [K]
String halo mass function
Tvir = 1000K
ウェイク生成時の赤方偏移
RD中に生成したウェイクが
崩壊したハロー
MD中に生成したウェイクが
崩壊したハロー
Gμ=3×10-7, P=1
そうこうしているうちに...
 先週、先にやられてしまいました…
[1302.3467]
String halo profile
まとめ
 宇宙弦 → 揺らぎの主成分ではないが…
非線形性を通じて構造形成に影響を及ぼす！
 z>20では弦ハローが支配的
 早い再イオン化
 ・・・