DECIGO/BBO ではかる 宇宙の加速膨張

高橋 龍一（国立天文台）、中村 卓史（京大）

submitted to Phys. Rev. D, astro-ph/0408547

§１. 赤方偏移の時間変化を用いて、

宇宙の加速膨張を決定する方法 (Loeb 1998)

赤方偏移の時間変化 Δz

観測者 遠方の天体

赤方偏移 ｚ

Δｔ 年後に同じ天体を観測

赤方偏移 ｚ+Δｚ

宇宙が加速膨張：ドップラー速度が時間とともに増大、 Δ ｚ＞０

減速膨張： 減少、 Δｚ＜０

yr

t

tH

tHzHz z

2

8

0

)(0

1010

)1(

後退速度 Δｖ＝ｃΔｚ

yr

tsmv

210/1

惑星探査では、多くの吸収線を用いて、星のドップラー

速度が ３ m/s 程度で決まる。

この技術を応用して、QSOの（吸収線から）ドップラー速度 が同じ精度で決まれば、宇宙の加速膨張が直接測れる。

§２. 中性子星連星からの重力波を

用いた宇宙加速膨張の決定方法 （Seto, Kawamura & Nakamura 2001）

連星

2

00 )X( ttT ｚ

加速膨張による補正項

赤方偏移 z

現在 z = 0

時間間隔

観測者

時間間隔

Zt

0t

z1tT Z ＋＝

00 Hz1

(z)H-H

2

1X(z)

: acceleration parameter

◆連星からの重力波の位相に対する

宇宙の加速膨張の影響

f ：重力波の周波数

加速膨張による補正項

連星 赤方偏移 ｚ

時間間隔

観測者 現在 z=0

時間間隔 Zt 0t

z1tT Z ＋＝2

00 )X( ttT ｚ

重力波の位相

2

00 )X(222 tftfTf ｚ

(Seto et al. 2001)

●連星の重力波波形 （周波数空間） (f)h~

(f)ie(f)h~

13/3-10/3-

CZ

13/3-5/3-

CZCC MfX(z)32768

25-fM8

4

3

4--tf2(f)

1M

2M

：連星の質量

：公転運動の角振動数

：重力波の振動数

2,1M

f f

Newton 近似の四重極公式 （Cutler & Flanagan 1994）

加速膨張による補正項 ：coalescence time, phase CC ,t

z1MMMMM-1/5

21

3/5

21CZ

：redshifted chirp mass

◆DECIGO 計画 （DECi hertz Interferometer Gravitational wave Observatory）

M 1.4 1.41zat

（Seto, Kawamura & Nakamura 2001）

410S/N

Ultimate DECIGO（ ） での１０ ｙｒ 観測

2-

0 10 HX(z)

-2710h

Ultimate DECIGO

●Seto et al. (2001) との違い

１）中性子星連星の合体率

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

２）連星の質量と赤方偏移

様々な質量： M5101.0

赤方偏移 ： 20z

1/2

ii

1-

i

ji

(f)h~

(f)h~

Sn(f)

dfRe4ij

: Fisher matrix

・S/N

2

2(f)h

~

Sn(f)

df4S N

：加速膨張を考慮した

inspiral waveform (f)h

~

・パラメーターの決定精度

(f)h~

は６つのパラメーターに依る X(z),,t,,MA, CCZCZi

i の決定精度

§３.結果

・Acceleration parameter X(z) の決定精度

中性子星連星の合体イベントを Ultimate DECIGO で１年観測

z1

(z)H-H

2

1X(z) 0

実線：ΛＣＤＭモデル

縦棒：決定誤差（１σ）

1

0

4102

LDHNS

から も決定される

)(2)1()( 0 zXHzzH

)(zH

Ultimate DECIGO での１（１０）年観測により、 X(z) は１（０．０１）％程度の精度で決定できる

・ X(z) の相対誤差

§４. まとめ

１．Ultimate DECIGO による連星からの重力波観測から、 宇宙の加速膨張が１％以下の精度で決定できる 可能性がある。 ２．これはＳＮＡＰ (SuperNova/Acceleration Probe ) などの 超新星を用いた手法とは、また別のものである。