DECIGO のサイエンス ~ダークエネルギー関連~
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DECIGO のサイエンス ~ダークエネルギー関連~. 高橋龍一 (国立天文台 PD ). 1. ダークエネルギーのイントロ. ● 宇宙の最も主要な(約70%)エネルギー成分 ● 様々な宇宙論的観測から示唆 宇宙背景輻射 ( WMAP ) 、大規模構造 ( SDSS, 2d F ) 、超新星、他 ● 斥力. NASA. ● ダークエネルギー. エネルギー密度 圧力. 宇宙定数をより一般化 (時間変化する). 状態方程式 w. エネルギー保存. a : scale factor. w=-1 :宇宙定数. 加速膨張のための条件. より. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
DECIGOのサイエンス
~ダークエネルギー関連~
高橋龍一 (国立天文台 PD )
1. ダークエネルギーのイントロ● 宇宙の最も主要な(約70%)エネルギー成分
● 様々な宇宙論的観測から示唆 宇宙背景輻射( WMAP )、大規模構造( SDSS, 2d F )、超新星、他
● 斥力
NASA
●ダークエネルギーエネルギー密度 圧力
XXP
状態方程式 w
XX wP
w=-1 :宇宙定数
エネルギー保存
Pa
a
3
)1(3 wX a .)( constw
宇宙定数をより一般化 (時間変化する)
a : scale factor
加速膨張のための条件
033
4 XX P
a
a より
3
1w
● ダークエネルギーの状態方程式w の観測的制限
SNLS : the Supernova Legacy Survey ( Astier et al. 2006 )
mag
nit
ud
e
( Astier et al. 2005 )
SNLS : the Supernova Legacy Survey
In flat universe
%)68(1.00.1 w
SD
SS
ダー
クエ
ネル
ギー
の
状
態方
程式
WMAP 3yr results ( Spergel et al. 2006 )
06.1w
WMAP+2dF+SDSS+SN
08.013.0
現時点で既に10%くらいで決まっている
● 将来の制限
SNAP ( JDEM )
スペース望遠鏡超新星 年間2000個Weak lensing (銀河のゆがみ)2012 年に打ち上げ可能
)1(2)( 0 awwzw
11.0,05.00 ww
SN+WL, flat universe model を仮定
( Albert et al. 2005 )
数%くらいで決まる
2. DECIGO でのダークエネルギーへの制限
中性子星連星までの距離‐ 赤方偏移関係から モデルに制限 (超新星と同じ)
チャープシグナルから、直接決定・ 距離
・ 赤方偏移host galaxy, host quasar を特定角度分解能 ~ 10arcmin (1台) ~ 10arcsec (3台)
at z=1
luminosity distance
z
L zH
zdzzD
0 )()1()(
zwwwXXMM ezzzHzH 110 3)1(3232
02 )1()1(1)1()(
M X
zwwzzPzw ww 10)()()(
: matter density : dark energy density
: dark energy の状態方程式
3.01 wm 10 w MpcskmH //70001wdefault value :
角度平均でルート5倍悪くなる
(瀬戸さん)
感度曲線
L2/3
5/6CZ
2/1
D96
5
M
A
)(6/7)(~ fiefAfh
1
: 連星の方向・傾き、検出器の運動の関数
重力波振幅のファクターの不定性 (瀬戸さん)
の(全方向・傾きでの)平均値 8/5 ( Finn & Chernoff 1993 )
ここでは簡単のため
計算結果にはファクターの不定性ある
CZM: redshifted chirp mass
・ SN2
2 (f)h~
Sn(f)
df4SN
・距離の決定精度
:ノイズ曲線
confusion noise なし
1
SND
D
)( fSn
連星までの距離の決定精度
10%程度 at z=1 で決定
超新星と同程度
1
SND
D
136101 yrMpc(Kalogera et al. 2004 )
年間 個程度の合体が DECIGO で観測される
5410
パラメター決定精度が 程度良くなる
54101
32 1010
多くの中性子星連星からのシグナルが受かる場合
合体率
(RT & Nakamura 2004)
合体イベントの数
ダークエネルギーのパラメターの決定精度
どれだけ遠方の源を検出するか
z>2‐ 3の源も検出し、距離 - 赤方偏移関係が得られれば、暗黒エネルギーの性質もより詳しくわかる
状態方程式 w = const. のとき
11
00
lnlnlnlnw
dw
Ddw
dw
Dd
d
Dd
d
Dd
D
D LLw
w
Lm
m
L
L
L
Luminosity distance の宇宙パラメター依存性
z = 1 - 4 でダークエネルギーに敏感
● 超新星と中性子星連星の標準光源としての比較
絶対光度
超新星 中性子星連星
近傍の観測からの 経験則
相対論
イベント数 年間2000個 ( SNAP )
年間 個 ( DECIGO )
5410
距離の決定精度 約10% 約10% at z=1
母銀河の特定 簡単?
その他 ダスト減光による 不定性
物質による吸収・散乱 は無視
1台では厳しい複数台あれば可能?
<
<
<
~~
>
4. まとめ
・ z > 2-3 の中性子連星の距離-赤方偏移関係から 宇宙の状態方程式に制限を与えることが出来る で決定
・遠方( z>1 )の源の host galaxy or quasar を特定する ためには、複数台あった方が良い
%1,, wwm
SNAP よりいいかも
Doppler phase
sun
source
vf 1
vf 1
blue sift
red sift
◆ 角度分解能 (検出器1台)
SS , SSD TtRff 2cossin2)(
波形)()(
~)(
~ fiD
Defhfh
: source の方向
AUR 1 yrT 1
周波数に加わる1年周期のドップラーシフト
sun
シグナルの到着時間のずれから方向を決定
角度分解能は改善
検出器が3台の場合
(Seto 2002; Crowder & Cornish 2005)
2/3
CZCZ
Z5/3-CZCC f
4
11
336
743
9
201fM8
4
3
4--tf2(f) M
M
L2/3
5/6CZ
2/1
D96
5
M
A
2. 重力波波形質量 at redshift z の連星
2,1M
Inspiral waveform with restricted 1PN approximation
)(6/7)(~ fiefAfh
( Cutler & Flanagan 1994 )
: coalescence time, phaseCC ,t z1MMMMM -1/5
213/5
21CZ : redshifted chirp mass
2121Z MM1MM z : redshifted reduced mass
LD : luminosity distance
1/2
ii1-
i
ji
(f)h
~(f)h
~
Sn(f)
dfRe4 DD
ij: Fisher matrix
・ SN2
D2 (f)h
~
Sn(f)
df4SN
・パラメーターの決定精度 (f)h
~D は7つのパラメーターに依る S ,,,t,,M,D SCCZCZLi
i の決定精度
:ノイズ曲線)(Snf
LISA type と FP type で比較
confusion noise なし
計算結果は1台の場合
中性子星連星には、 FP type の方が適している
無次元
のfSnh
equal mass binary連星の質量を変えた場合の SN
角度分解能source redshift z=1, 1yr obs.
FP-type LISA-type
1.4+1.4Msun ~ 10min 10min-1deg ~ 10sec 1-10min 3台
10 +10 Msun ~ 1deg 1-10min 2 2
10 +10 Msun 1-10deg 1-10min 3 3
D
Dsec
M
MSN
Z
Z
CZ
CZ
)(t 角度分解能 d
10 +10 Msun 594 1-10min 1.4e-7 3.7e-5 0.15 1.7e-3 626 ~1deg 1.2e-6 5.8e-5 2.9 1.6e-3
2 2
10 +10 Msun 4457 1-10min 1.1e-7 1.0e-5 0.22 2.2e-4 3907 1-10deg 4.4e-6 7.2e-5 10.8 2.6e-4
3 3
source redshift z=1, 1yr obs.
上段: LISA type 下段: FP type
決定精度の表
1.4+1.4 Msun 3.2 10min-1deg 8.0e-7 1.2e-3 0.60 0.31 1-10min (3台) 18 ~10min 1.3e-7 1.6e-4 0.21 5.7e-2 ~10sec (3台)
4. まとめ
・中性子星連星に対しては、 FP type の方が有利 SN も約7倍高い
・ z > 2-3 の中性子連星の距離-赤方偏移関係から 宇宙の状態方程式に制限を与えることが出来る で決定
・遠方( z>1 )の源の host galaxy or quasar を特定する ためには、3台あった方が良い
%1,, wwm