Transcript 第一世代星の重力崩壊と 背景重力波への寄与

研究会：宇宙初期における時空と物質の進化 (5/28)＠東大旧１号館１５０
背景重力波で探る
第一世代星
東京大学 宇宙理論研究室
諏訪 雄大
共同研究者：
滝脇知也(東大理)、固武慶(国立天文台)、佐藤勝彦(東大理、RESCEU)
1. 第一世代星の重力崩壊
2. 重力波計算
3. まとめ
第一世代星
宇宙で最初にできた天体 (第一世代星)
From Prof. Umemura’s web page
宇宙の重元素の根源
宇宙の再電離の要因
赤外背景放射の起源？
高赤方偏移ＧＲＢ？
非常に重かった？
Big Bang
CMB
宇宙暗黒時代
(杉山さん’s talk)
再イオン化
(戸谷さん’s talk)
第一世代星形成
銀河形成
太陽系・
惑星形成
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1. 第一世代星の重力崩壊
2. 重力波計算
3. まとめ
第一世代星の重力崩壊のシミュレーション
Fryer et al.(2001)
250M¯と300M¯の進化を球
対称で計算。
rotational axis
Radial Velocity
250M¯はPISN
300M¯はBH
さらに、300M¯については２
次元SPH計算。
ブラックホール形成
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2. 重力波計算
3. まとめ
第一世代星とニュートリノ・重力波
第一世代星
巨大な質量
ブラックホール形成
莫大な重力エネルギーを解放
大量の重力波、ニュートリノ 放出
重力波
ニュートリノ
第一世代星
ref)超新星
EGW» 10-3M¯ c2
EGW» 10-7M¯ c2
L » 1056 erg/sec
L » 1053 erg/sec
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2. 重力波計算
3. まとめ
第一世代星の重力崩壊の観測
大量のニュートリノ、重力波を出すなら単発の第一世代星の観
測は可能？
無理！！
第一世代星はかなり遠方(z～10-20、距離にするとGpcのオーダー)
にあるので、観測は非常に厳しい。
単発で見えないなら、足し合わせならどうなる？
他の天体からのもので
隠されてしまう(かも)
ニュートリノ背景放射
重力波背景放射
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2. 重力波計算
3. まとめ
重力波背景放射
Sandick et al.(2006)
第一世代星起源重力波背景放射
モデルによるが、観測可能性は高い。
観測する上で邪魔になりそうな重力波源は見つかっ
ていない。
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2. 重力波計算
3. まとめ
本研究のモチベーション
先行研究の問題点
第一世代星の重力崩壊の計算例がない
 通常の超新星爆発の計算結果を用いて
第一世代星からの背景放射を計算
質量が全く違うのに、同じような放射をする
という仮定は大丈夫？
本研究の目標
第一世代星の重力崩壊の数値シミュレーション
 巨大質量を持つ星の重力波放射
より現実的な背景重力波のスペクトル
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3. まとめ
シミュレーション方法
計算方法
• 2次元軸対称を仮定
• 流体計算ZEUS-2D code (Stone & Norman 1992)
• 現実的状態方程式（Shen et al. 1998）
• ニュートリノ冷却については、３種類のニュートリノを考慮
• 自己重力もちゃんと計算
初期モデル
• 300～1000M¯ の星の平衡状態
• コアは初期には等エントロピーであるとする。(Fryer et al. 2001)
• 回転は微分回転（星の内側がよく回っている）を仮定し、回転エネル
ギー/重力エネルギー＝0.005とする。
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3. まとめ
重力波計算
非球対称な
物質の動き
に着目。
ニュートリノ放射
最近注目されている重力波源
物質
四重極公式
ソースまで
の距離
球対称では０になる
ニュートリノ
Epstein(1978), Mueller & Janka(1997)
ニュートリノ光度
非対称度
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3. まとめ
重力波波形
300M¯の場合
先行研究で仮定された
スペクトル
物質
FT
ニュートリノ
合計
バウンスからの時間 [秒]
最初は物質起源の重力波が支配的。
最後はニュートリノ起源が支配的。
100
周波数 [Hz]
103
低周波数モードではニュートリノ起源。
高周波数モードでは物質起源。
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背景重力波計算
密度パラメータ
星形成率
質量関数
臨界密度:
単発の第一世代
星からの重力波
計算に用いる仮定
• 星形成率は、Sandick et al.(2006)
• 質量関数はSalpeter型 ： (m) / m-2.35
(300M¯~1000M¯)
• 宇宙論パラメータは、WMAPの結果
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3. まとめ
背景重力波のスペクトル
DECIGO


ピークを拾えれば、第
一世代星がどのくらい
のzで最も形成されたの
かが分かる
DECIGOやBBOといった重力波干渉計で（相関を取ら
ずに）十分見える強度
観測にかかり得るのはニュートリノ起源による低周波
数側の重力波
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3. まとめ
まとめ

第一世代星からの重力波を定量的に評価
物質起源
ニュートリノ起源

背景重力波を計算
検出可能性
ニュートリノ起源
※まだまだ不定性の大きい議論
特に星生成率は全く分かっていない
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