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 2/13 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 3/13 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 4/13 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 5/13 1. 第一世代星の重力崩壊 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。 6/13 1. 第一世代星の重力崩壊 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 7/13 1. 第一世代星の重力崩壊 2. 重力波計算 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。 8/13 1. 第一世代星の重力崩壊 2. 重力波計算 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 9/13 1. 第一世代星の重力崩壊 2. 重力波計算 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。 10/13 1. 第一世代星の重力崩壊 2. 重力波計算 3. まとめ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 11/13 1. 第一世代星の重力崩壊 2. 重力波計算 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 12/13 1. 第一世代星の重力崩壊 2. 重力波計算 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 13/13