高赤方偏移における宇宙の構造形成

高红移下宇宙的结构形成

• 批准号: 03J02674
• 负责人: 吉田 直紀
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: National Astronomical Observatory of Japan
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J02674/
• 关键词: 宇宙の構造形成; 初期天体; 再電離; 密度揺らぎ; 放射輸送

本年度は初期宇宙での構造形成の数値計算を行い、さらに放射輸送計算を組み合わせて、初期天体から放射される紫外光により銀河間物質が電離される過程を詳細に研究した。1.はじめに、構造形成シミュレーションに用いる初期条件を作るため、宇宙初期に放射の相互作用によりバリオン物質の密度揺らぎの成長が抑制される効果を考慮した新しい方法を提案し、従来の方法との比較を行い、新しい方法によれば時間発展させた密度場が正しく表現されることを示した(次ページ論文2)。2.次に、標準的な理論から支持されている3つの宇宙モデルを選定し、初期宇宙構造形成のシミュレーションを行った。計算結果の比較・検討により、密度揺らぎのパワースペクトルが波数の大きい側(長さスケールの小さい側)で単純べき則からずれている場合には、初期天体の出現時期が著しく遅れるために、最近の宇宙マイクロ波背景放射の偏光の観測から示唆される最電離の時期と整合しないと結論した(論文1)。ただし、物質密度の揺らぎがガウシアン統計からずれる場合には、もっとも小さい質量スケール(星団程度)の物体が出現する時期が早まるために、早期再電離を達成できるという可能性も理論モデルを用いて指摘した(論文4)。別の可能性として、宇宙初期のガス雲に生まれる星が選択的に大質量である場合には放射される紫外光の量がいちじるしく増加するために早期再電離を達成できることを放射輸送計算を行って示した(論文3)。3.一連の数値計算の結果をもとに、ビッグバン以降3億年の間の宇宙全体での星形成率を求める準解析モデルを発展させた。その結果を用いて、宇宙初期にできる金属欠乏星の多くが太陽の100倍以上の大質量を持つ場合には、その超新星爆発によって銀河間空間に撒き散らされる重元素の量がその後の星間ガス冷却の効率を著しく増加させるほど、具体的には太陽金属量の0.01パーセント以上、になりうると示した(論文5)。

This year, we will conduct detailed research on the processes involved in the calculation of the formation of structures in the early universe, the calculation of radiation transport, the combination of ultraviolet radiation and the ionization of galactic matter in the early universe. 1. The initial conditions for the formation of structures, the interaction of radiation in the early universe, the inhibition of the growth of matter density, the proposal of new methods, the comparison of new methods, the development of density field and the behavior of density field. 2. Second, the standard theory supports the selection of the universe, the formation of the early universe structure and the implementation of the system. The comparison of calculation results shows that the time of appearance of the initial celestial bodies is different from that of polarization of the background radiation of the recent cosmic waves. In the case of statistical analysis of the density of matter, the occurrence period of the object is early and the possibility of early reionization is high (Paper 4). The possibility of early reionization is shown in the calculation of radiation transport in the case of large mass of stars (Paper 3). 3. The results of numerical calculations are presented in order to reduce the star formation rate of the universe over a period of 300 million years. As a result, the number of metal-deficient stars in the early universe is more than 100 times the mass of the sun, and the amount of heavy elements in the supernova explosion is more than 0.01 times the amount of solar metal.

项目成果

吉田直紀, 杉山直, HERNQUIST Lars: "The Evolution of Baryon Density Fluctuations in Multi-Component Cosmological Simulations"Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 344. 481 (2003)

Naoki Yoshida、Nao Sugiyama、HERNQUIST Lars：“多分量宇宙学模拟中重子密度涨落的演化”皇家天文学会月刊 344. 481 (2003)。