連星 Gold Mine を用いた
DECIGO精密宇宙論
第9回 DECIGO
Workshop @ 国立天文台
2010年11/25(木)
京大理 天体核
八木 絢外
§1 INTRODUCTION
ダーク・エネルギー問題
現在の宇宙は加速膨張。
原因は不明。
光度距離
TypeIa SN の観測
加速膨張あり
・解決策
① G.R.の範囲内で未知の物質場
(Dark Energy)を導入
加速膨張なし
② 重力理論の修正
e.g. スカラー・テンソル理論
③ 非一様宇宙モデル
DECIGOでどこまで検証可能か?
赤方偏移
Riess et al. (2004)
§2 連星 Gold Mine を用いた精密宇宙論
Cutler & Holz (2009)
・NS/NS連星合体の個数: 105-106個/年 [Cutler & Harms (2006)]
DECIGO/BBOはほぼ全部見える!
⇒ “cosmological gold mine” [Cutler & Holz (2009)]
DLとzが決まれば宇宙論が可能。
GW Cosmology with
Standard Siren!
ΔDL/DL
error~ 数%
(I) DL
振幅から決まる。
Systematic error 小
⇒ EM観測よりも有利
z
角分解能
(II) z
Massと縮退 ⇒ zは決まらない。
⇒ EMの情報を使う。
連星のhost galaxyをidentify
できれば、zがわかる。
error cube中の銀河数
z
Error cube中の銀河の数は
平均的に1個以下
⇒ host galaxyをidentifyで
きそう!
⇒ zも決まる。
z
⇒ 重力波で宇宙論解析が
できる!
Dark Energy 状態方程式の決定精度
(w0,wa)=(-1,0) ⇒ 宇宙項Λ
現在の精度
Δw0~0.2
Δwa~1.0
BBO
Δw0~0.02
Δwa~0.15
左より1桁良い!!
さらに、DECIGO/BBOの精度は将来のEM観測よりも良い!
§3 連星GWによる重力理論の検証
Yagi & Tanaka (2010)
例 Brans-Dicke理論
・ スカラー・テンソル理論の代表格
・Brans-DickeパラメータωBD→∞でG.R.に一致。
(このとき、φ→const.)。
・現在の最大の制限(太陽系実験): (Bertotti et al. 2003)
by Cassini
・(
の四重極放射)+(φの双極放射)
⇒ 連星の軌道進化がG.R.からずれる。
⇒
がG.R.からずれる。
修正重力理論における重力波形
・修正重力理論では、重力波形の位相がG.R.からずれる。
連星からの重力波形
一般相対論
振
幅
修正重力理論
修正重力理論
時間 (秒)
・DECIGOでこの「ずれ」をどれだけ精度良く測定できるか?
⇒ Fisher 解析
Brans-Dicke 理論への制限の比較
DECIGOの制限が強い理由の
一つはevent数の多さ
LISA
Yagi & Tanaka (2009)
(1.4+103)M◉, S/N=10
DECIGO
K.Y. & Tanaka (2010)
(1.4+10)M◉ 105個
Adv. LIGO
Will (1994)
(1.4+10)M◉, S/N=10
土星探査衛星 Cassini
Bertotti et al. (2003)
4桁 強!
2×102
7×103
4×104 (現在最大)
4×108 ωBD
§4 非一様宇宙モデル (Void モデル)
・Void・・・密度がスカスカの領域
(密度は単調増加)
・我々は、Gpc程度の
Voidの(ほぼ)中心にいる。
・密度や曲率の勾配
⇒ みかけの加速膨張
・SNの観測や、CMBやBAOのピーク
も説明できる。
Garcia-Bellido
& Haugboelle (2008)
~Gpc
・非一様モデルとΛCDMをもっと
はっきり区別できる観測量が欲
しい。
Redshift Drift Δtz
・redshiftの時間変化
膨張の加速度をより顕
著に反映
・Void model
⇒ Δtz<0
[Chul-moon Yoo et al. (2010)]
・Quasorを利用した将来観測
⇒ 10yr観測で(ある種の)void
modelを棄却できる。 (ただし、high-zのみ)
Quartin & Amendola (2010)
・DECIGOの目的の一つはz-driftを測ること [Seto et al. (2001)]
・NS/NS連星からのGW ⇒ 非一様モデルの検証
[c.f. Ultimate DECIGOを用いたz-driftの測定 (Takahashi & Nakamura 2005)]
結果
1010Δtz
BBO,5yr
/year
2
1
ΛCDM
0
Void
-1
Δtz > 0 を検証できる!!
典型的な非一様モデルの検証
もできる!
-2
-3
0
2
4
6
8
DL(Gpc)
10
12
14
§5 まとめ
・連星 Gold Mine ⇒ DECIGO/BBOによる精密宇宙論
・Dark Energyの状態方程式、修正重力理論、非一様宇宙モデルの
検証が可能。
・ ある種の高次元モデル(RS-II)において、余剰次元のサイズを
table-top実験より2桁程度強く制限することも可能。
[K.Y., N.Tanahashi & T.Tanaka (in prep.)]
・今日紹介した話は連星のz分布のみを反映。
空間分布まで考慮すると・・・
e.g. Matterの分布
太陽系の固有運動 [神田さん他]
DECIGO Cosmologyはとても強力!!
コンパクト連星はサイエンスの宝庫!
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