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C osmic strings and early structure formation

SKA-JP 「銀河進化と遠方宇宙」 , 2013/2/20@ 京都. C osmic 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). 宇宙 ひも. V(φ). T > Tc. T = Tc. T < Tc. y. φ 2. x. 場の空間. 物理的 空間. φ 1.

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C osmic strings and early structure formation

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Presentation Transcript

  1. 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)

  2. 宇宙弦とは…

  3. 場の理論的宇宙弦 (Field-theoretic cosmic strings) 宇宙ひも V(φ) T > Tc T = Tc T < Tc y φ2 x 場の空間 物理的空間 φ1 Daisuke YAMAUCHI

  4. 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

  5. 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

  6. ウェイク

  7. 21cm線観測への影響 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 宇宙弦 → 関口さんのトーク activeperturbations バリオンとの相互作用 [Khatri+Wandelt, PRL 100, 091302 (2008)]

  8. 21cm線観測への影響 宇宙弦 activeperturbations 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)]

  9. 宇宙弦の作る時空構造：円錐構造 欠陥角 局所的には平坦 From Vilenkin-Shellard Daisuke YAMAUCHI

  10. Cosmic string wake 横から見て ``ウェイク’’ 欠損角 欠損角 相対速度 上から見て

  11. ウェイクの構造 Tshock ~ mH u2 ρbwake ~ 4 (Tshock/Tcool) ρb ショック面 ターンアラウンド面 [Pogosian+Vikenkin,PRD70,063523(2004)] 同一視 ターンアラウンド面 ショック面 [Stebbins+Veeraraghavan+Brandenberger+Silk+Turok (1987)]

  12. ウェイクで構造形成

  13. 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 highly non-Gaussian Gaussian ハロー ハロー δ=δρ/ρ δ=δρ/ρ δc δc

  14. z=8 z=4 wake ウェイク生成 z=2 z=1 崩壊して構造形成 z=0.5 z=0 [Wandelt, ApJ 503, 67 (1998)]

  15. Fragmentation of wake into beads ~1/H ~1/H 横から見て d~LJ d Free-fall time後 d~LJ d 上から見て [Pogosian+Vikenkin,PRD70,063523(2004)]

  16. ビーズ生成率 ~1/H LJ LJ LJ ~1/H Free-fall time後 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

  17. 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 z* z ~tff String wakeが崩壊せず残る

  18. 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

  19. 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 Mh Mcrit~106Msun

  20. String halo mass function PS(z=10) Tvir= 1000K PS(z=20) ビリアル温度 [K] PS(z=30) Preliminary 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

  21. 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]

  22. String halo profile

  23. 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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