連星 Gold Mine を用いたDECIGO 精密宇宙論　　

　

　　　京大理　天体核 　　　　　八木　絢外

第 9 回 DECIGO Workshop @ 国立天文

台2010 年 11/25( 木 )

　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。

　・解決策

① 　 G.R. の範囲内で未知の物質場　　 (Dark Energy) を導入

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 ?

　

§1 INTRODUCTIONTypeIa　SN の観測光度距離

赤方偏移Riess et al. (2004)

加速膨張なし

加速膨張あり

§2 　連星 Gold Mine を用いた精密宇宙論

・ 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。

Cutler & Holz (2009)

ΔDL/DL

(I) DL

振幅から決まる。

Systematic error 小

⇒ EM 観測よりも有利

GW Cosmology with Standard Siren!

z

error~ 数 %

角分解能(II) zMass 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。

z

zError 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。

⇒ 重力波で宇宙論解析ができる！

error cube 中の銀河数

Dark Energy 状態方程式の決定精度

現在の精度 BBO

Δw0~0.02 Δwa~0.15Δw0~0.2 Δwa~1.0

(w0,wa)=(-1,0) ⇒ 宇宙項 Λ

さらに、 DECIGO/BBO の精度は将来の EM 観測よりも良い！

左より 1 桁良い !!

　　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)　　　　　　　

　・（　　　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。

Yagi & Tanaka (2010)§3 連星 GW による重力理論の検証

by Cassini

・修正重力理論では、重力波形の位相が G.R. からずれる。

一般相対論

修正重力理論修正重力理論

連星からの重力波形

・ DECIGO でこの「ずれ」をどれだけ精度良く測定できるか？

　⇒ Fisher 解析

修正重力理論における重力波形

振幅

時間　 ( 秒 )

Brans-Dicke　 理論への制限の比較

ωBD

Adv. LIGO

Will (1994) (1.4+10)M◉, S/N=10

土星探査衛星 Cassini

Bertotti et al. (2003)

4×104 ( 現在最大 )

LISA

Yagi & Tanaka (2009) (1.4+103)M◉, S/N=10

7×1032×102 4×108

DECIGO

K.Y. & Tanaka (2010) (1.4+10)M◉ 105 個

4 桁 強 !

DECIGO の制限が強い理由の一つは event 数の多さ

§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。

Quartin & Amendola (2010)

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。

・ 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)]

( ただし、 high-z のみ )

・ DECIGO の目的の一つは z-drift を測ること [Seto et al. (2001)]

-3

-2

-1

0

1

2

0 2 4 6 8 10 12 14

結果

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 !

1010Δtz /year

DL(Gpc)

Void

ΛCDM

BBO,5yr

§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。

・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！

[K.Y., N.Tanahashi & T.Tanaka (in prep.)]

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