Transcript 宇宙の初期構造の起源と銀河間物質の再イオン化

宇宙の初期構造の起源と
銀河間物質の再イオン化
国立天文台理論天文学研究系
吉田直紀
理論懇２００４ １月６日
構造の起源：初期宇宙での密度揺らぎ
100
パワースペクトル
D(k)=4pk P(k)
2
3
10
LCDM
1
0.1
0.01
質量
10 12
0.001
0.01
0.1
1
10 9
10
k [h/Mpc]
106 Msun
100
1000
発展した宇宙の密度場
1Gpc
power
1Mpc
LCDM
k
観測で確実にわかっている部分
100
CMB
10
1
0.1
0.01
質量スケール
10 12
0.001
0.01
LCDM
？
（WMAP)
0.1
1
10 9
10
k [h/Mpc]
106
100
1000
WMAP First-Year Result
t
0.17
早期再電離
（～２－３億年）
reion. at z
原始ガス雲形成の宇宙論的
シミュレーション
WMAP
初期条件： 密度ゆらぎガウシアン, CDM + バリオン + 背景放射
Gas重力
+
流体力学
+
化学反応
H2
9種非平衡
e, H, H+, H-, H2, H2+,
He, He+, He++
z = 100
磁場なし、ダストなし、宇宙線なし！
Yoshida, Sugiyama, Hernquist (2003)
初期天体の形成
CDMモデル
1 Mpc
z=17
初期天体の典型的質量
6
M_host ~ 10 Msun
Yoshida, Abel, Hernquist, Sugiyama (2003a)
Small-scale power: pLCDM, WDM, RSI
10 9
10 6 Msun
pLCDM
2
D(k)
Running Spectral
Index model
WDM
CDM
1 Mpc
z=20 でたくさんのガス雲
vs WDM (10 keV)
一個だけ
z=17 でのミニハローの分布
CDM
WDM
z_reion (WMAP) ~ 17
イオン化波面伝播のシミュレーション
Sokasian, Yoshida, Abel, Hernquist (2003)
Adaptive Ray
Casting Scheme
z=24
z=22
LCDM+PopIII
中性
z=21
z=20
イオン化
イオン化領域の割合
（極端な）モデル :
1. ガス雲につき一つの大質量星
2. f_esc = 1
3. イオン化領域では星形成なし
LCDM
vs
Running model
1 Mpc
３０個@z=20
0個
原始ガス雲の数
LCDM
Running
WMAP
z_reion
もう少し大きなスケール
pLCDM, WDM(1kev), RSI
10 9
10 6 Msun
LCDM
2
D(k)
RSI
WDM
CDMサブストラクチャー
Springel et al. (2001)
Moore et al. (1999)
銀河サイズハローの観測
Kochanek & Dalal (2002)
4-image radio
galactic lenses
MG0414+0534
B0712+472
PG1115+080
B1422+231
B1608+656
B1933+503
B2045+265
超高解像度シミュレーションの結果
銀河サイズのハロー内のサブハロー
CDM
~7%
RSI
WDM
~7 %
~2.5 %
Yoshida & Hernquist (2004)
Cosmic Patchwork
- 初期物質分布を”観測“する
CMB
ハローの部分構造
によるレンズ効果
(WMAP)
早期再イオン化
ライマン-a雲
2
D(k)
LCDM
銀河サーベイ
RSI
WDM
質量スケール
10 12
k [/Mpc]
10 9
106
わかっている部分
100
CMB
10
LCDM
（WMAP)
1
0.1
0.01
質量スケール
10 12
0.001
0.01
0.1
1
10 9
10
k [h/Mpc]
106
100
1000
＜まとめ＞
これからおもろいのは、、、
N.Y. 理論懇2001、2004、、、
展望（まとめにかえて）
1. イオン化の歴史をさぐる。
t だけではよくわからない
post-WMAP CMB 観測
GRB afterglows
2. 銀河サイズのハローの部分構造
（Dalal 2002; Metcalf 2003; 千葉2002)
3. 赤方偏移した中性水素２１cm
ｚ＞１５
もっと簡単に計算したい、、、が、
水素・ヘリウムガスの冷却曲線
銀河(大きなシステム）の形成
H He+
原始ガス雲形成
z=25:
H2
t_dyn ~ ３０００万年
t_cool ~ ３０００万年
t_chem ~ ３０００万年
t_hubble ~ １億年
Comparison: SA vs simulation
“Minimum collapse mass”
model
宇宙の構成要素
通常の物質
？
ダークマター
？
ダークエネルギー
おすすめ本：
1. Landau, Lifshitz
Quamtum Mechanics
2. Sedov
Similarity and Dimensional Methods
in Mechanics
3. Vincenti, Kruger
Physical Gas Dynamics