c osmic strings and early structure formation
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Cosmic strings and early structure formation
山内大介ICRR (~2013/3) -> RESCEU (2013/4~)
SKA-JP 「銀河進化と遠方宇宙」 , 2013/2/20@京都
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)
1/14/2011 Daisuke YAMAUCHI 3
φ1
φ2
V(φ)T > Tc
T = TcT < Tc
y
x
宇宙ひも
場の空間 物理的空間
弦理論的宇宙弦(cosmic superstrings)
D- ブレーン 反 D- ブレーン
[Sarangi+Tye (2002), Jones+Stoica+Tye(2003), Dvali+Vilenkin(2004)]
• 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
弦理論的インフレーション模型
宇宙弦の 2 つの可能性
場の理論的宇宙弦
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
• 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
21cm 線観測にはどんな影響を及ぼすか
[Bevis, Hindmarsh, Kunz, Urrestilla, 2007]
ウェイク
バリオンとの相互作用
21cm 線観測への影響宇宙弦
[Khatri+Wandelt, PRL 100, 091302 (2008)]
active perturbations
別の方法 重力レンズ
• グラディエントモード
• カールモード→ 関口さんのトーク
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
早い構造形成 → 早い再イオン化(?)
宇宙弦起源ミニハロー
[Brandenberger+(2010), Hernandes+(2011),Pagano+(2012)]
宇宙弦の作る時空構造:円錐構造
4/8/2011 Daisuke YAMAUCHI 9
欠陥角
From Vilenkin-Shellard
局所的には平坦
Cosmic string wake
欠損角
欠損角
横から見て
上から見て相対速度
`` ウェイク’’
[Stebbins+Veeraraghavan+Brandenberger+Silk+Turok (1987)]
ウェイクの構造ショック面
ショック面
同一視
Tshock ~ mH u2
ρbwake ~ 4 (Tshock/Tcool) ρb
[Pogosian+Vikenkin,PRD70,063523(2004)]
ターンアラウンド面
ターンアラウンド面
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!
δ=δρ/ρ δ=δρ/ρ
確率分布
確率分布
δc δc
ハロー ハロー
Gaussian highly non-Gaussian
ウェイク生成
崩壊して構造形成
[Wandelt, ApJ 503, 67 (1998)]
wakez=8 z=4
z=2 z=1
z=0.5 z=0
Fragmentation of wake into beads横から見て
上から見て
Free-fall time 後d
d
d~LJ
d~LJ
~1/H ~1/H
[Pogosian+Vikenkin,PRD70,063523(2004)]
ビーズ生成率
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/H2LJ
2 個生成
Free-fall time 後
LJ
LJ LJ
~1/H
~1/H
MD 中に生成したウェイクの発展Mh =Σwaked2
~tff
生成時間zi
z
Mcrit ~106Msun
“String halo”
“String wake”
z*
ウェイク崩壊
String wake が崩壊せず残る
RD 中に生成したウェイクの発展
tff
zeq
z
“String halo”
Mh =Σwaked2
ウェイク崩壊
Mcrit ~106Msun
String halo mass function
Mh
MD 中に生成したウェイクが崩壊したハロー
RD 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
dn/d(lnM)
String halo mass function
MD 中に生成したウェイクが崩壊したハロー
RD 中に生成したウェイクが崩壊したハロー
PS(z=10)
PS(z=30)
PS(z=20)
Tvir = 1000K
ウェイク生成時の赤方偏移ビ
リア
ル温
度
[K]
Gμ=3×10-7, P=1
Preliminary
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・・・
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