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1 名古屋 大学宇宙論論研究室 嵯峨承平 ( 共同研究者 : 市來來淨與, 杉 山直 ) 2013/12/4 観測的宇宙論論 workshop 1/20

2 目次 1. イントロ 2. 2 次摂動論論 3. 重 力力波 ( 線形摂動 ) 4. 重 力力波 (2 次摂動 ) 5. まとめ 2/20

3 1. イントロ 非ガウス性 重 力力レンズ効果 2 次ドップラー効果 2 次重 力力波 磁場 Mode coupling (Vector mode) Non- linearity Mode coupling (Tensor mode) Non- linearity (e.g. δ (1) v (1) ) 3/20

4 2. 2 次摂動論論 定式化 ( ボルツマン 方程式 ) ボルツマン 方程式 N. Bartoro et al. [ ] L. Senatore et al. [ ] C. Pitrou et al. [ ] G. W. Pettinari et al. [ ] M. Beneke et al. [ ] A. Naruko et al. [ ] ゲージ : Poisson gauge 4/20

5 一般論論 u 2 nd order ではモードカップリングが起こる スカラー + スカラー è テンソル ( 重 力力波 ) スカラー + スカラー è ベクトル ( 磁場 ) 5/20

6 ボルツマン 方程式は Brightness Δ を定義して多重極展開 純粋な 2 次 : 重 力力 (1 次 ) (1 次 ): 重 力力 純粋な 2 次 : 散乱 (1 次 ) (1 次 ): 散乱 6/20

7 n アインシュタイン 方程式 ( テンソルモード ) 光 子の 非等 方圧 純粋な 2 次のテンソルモード ニュートリノの 非等 方圧 純粋な 2 次のテンソルモード n ボルツマン 方程式 ( テンソルモード ) 光 子の階層 方程式 (m=±2) スカラーモード 1 次 1 次による寄与 ニュートリノの階層 方程式 (m=±2) 7/20

8 3. 重 力力波 ( 線形摂動 ) 先 行行研究 純粋な 2 次のテンソルモードを除いた取扱いは既になされている K. N. Anada et al. [gr- qc/ ] D. Baumann et al. [hep- th/ ] H. Assadullahi et al. [ ] 純粋な 2 次のテンソルモードのニュートリノの 非等 方圧を考慮する定式化 A. Mangilli et al. [ ] 8/20 非等 方圧は重 力力波のソースとして働くので気になる

9 1 st order の場合 S. Weinberg. [astro- ph/ ] J. R. Pritchard and M. Kamionkowski. [astro- ph/ ] 重 力力波の振舞 without with r=0.1(without ) r=0.1(with ) /20

10 1 st order の場合 Ø 非等 方圧は放射優勢で主な影響を及ぼす ( 数 10% ほど ) Ø super horizon では影響を及ぼさない ( 初期では 非等 方圧はゼロ ) Ø 物質優勢期に 入ってきたモードは効かない Ø 2 nd order でも 非等 方圧の寄与を考えることは重要 10/20

11 スカラー 1 次 1 次のみによる 2 次重 力力波 D. Baumann et al. [hep- th/ ] z = 3400 z = 580 z = 100 z = 10 z = /20

12 4. 重 力力波 (2 次摂動 ) 光 子の 非等 方圧 散乱項 重 力力項 基本的には Ø 散乱項は silk dumping まで優勢 Ø 重 力力項は silk dumping 後優勢だが 大きさはケースバイケース 大きな波数 ( すぐにホライズンに 入るモード ) は 1st order の Silk dumping を受け重 力力項が 小さくなる 12/20

13 光 子の 非等 方圧の時間発展 1 Tight coupling 中 a k = 10-3 k = 10-2 k = 10-1 k = 10 0 k = 10 1 (2,Ø) d 3 k [ 1 2,σ = 20 (2π) 3 v (1,Ø) γ 0 ] (k 1)v (1,Ø) γ 0 (k 2) Y 1,1 2,σ (ˆk 1, ˆk 2 ) 1 st order の adiabatic initial condition を考えると で時間のベキの依存性は分かる 9 10 (2,I) 2,σ = 2 τ d χ (2,Ø) 3 k 1 σ c d 3 k [ 1 +4 (2π) 3 γ 0 [ ] (2π) 3 9Π (1,I) γ 0 (k 1)(δ (1,Ø) b Φ (1,Ø) 4π )(k 2 ) 5 Y 2,σ(ˆk 1 ) ] 9v (1,Ø) (k 1)v (1,I) γ 0 (k 2)+8v (1,Ø) γ 0 (k 1)δv (1,I) γb 0 (k 2) Y 1,1 2,σ (ˆk 1, ˆk 2 ) [( ) k1 ( 10δ γ (1,Ø) (k 1 ) 8Φ (1,Ø)) ] (k 1 )v (1,Ø) γ 0 τ (k 2) Y 1,1 2,σ (ˆk 1, ˆk 2 ) c ( ) 5 [ ] d 3 k 1 + (2π) 3 0 次の TCA が破れて 1 次の TCA に移る次に効いてくるのが メトリックの項 13/20

14 光 子の 非等 方圧の時間発展 Silk dumping a k = 10-3 k = 10-2 k = 10-1 k = 10 0 k = 10 1 TCA が破綻する この時点でソースは散乱項と重 力力項が同じくらい è ソースも Silk dumping してるので 2 次の 非等 方圧にも効かず 1 次と同様 Silk dumping ただし 重 力力優勢になるとそれに 支えられる 14/20

15 光 子の 非等 方圧の時間発展 ソースに依存 ( 波数に依存 ) a k = 10-3 k = 10-2 k = 10-1 k = 10 0 k = 10 1 Source ソースに依存 ( 波数に依存 ) (a)streaming (b) 支えられる a reference: large k, small k, large k, (a) 早く horizon に 入るモード w ソースも早くに horizon に 入る w そもそも光 子の Δ l が早くに decay w 重 力力項も効かずに streaming する (b) 遅く horizon に 入るモード w ソースが 大きいまま残る w ソースに 支えられ streaming しない 15/20

16 ニュートリノの 非等 方圧 重 力力波が作り出す ( 光 子と同じベキ ) ソースのベキ a k = 10-3 k = 10-2 k = 10-1 k = 10 0 k = /20 最初はソースのベキによって作られる

17 ニュートリノの 非等 方圧 a k = 10-3 k = 10-2 k = 10-1 k = 10 0 k = 10 1 ソースが早くに horizon に 入って streaming して落落ちているため 2nd order でも streaming する 17/20

18 重 力力波に与える影響 1 次 1 次再掲 ( パワースペクトル ) z = 3400 z = 580 z = 100 z = 10 z = 0 P ソースが作る ソースが 支える ソースを失う k 18/20

19 結果 (preliminary) z= z=580 z= z= z= k z= z=580 z= z= z= k ü small k で初期 è 2 次のソースが 生きている ü large k è free streaming しているが重 力力波に寄与 (1 次 1 次は死ぬ ) ü 初期には光 子は散乱項のソースのためニュートリノより 大きな寄与 19/20

20 5. まとめ Ω GW スカラー 1 次 1 次 ~ 30% ~ 20-30% k 20/20 Ø super horizon スケールでも振幅を増やす働き (1 次とは異異なる ) Ø 1 次 1 次が切切れたあとでも 非等 方圧が重 力力波に寄与 Ø 正味 30% ほどの増幅

( ) g 900,000 2,000,000 5,000,000 2,200,000 1,000,000 1,500, ,000 2,500,000 1,000, , , , , , ,000 2,000,000

( ) g 900,000 2,000,000 5,000,000 2,200,000 1,000,000 1,500, ,000 2,500,000 1,000, , , , , , ,000 2,000,000 ( ) 73 10,905,238 3,853,235 295,309 1,415,972 5,340,722 2,390,603 890,603 1,500,000 1,000,000 300,000 1,500,000 49 19. 3. 1 17,172,842 3,917,488 13,255,354 10,760,078 (550) 555,000 600,000 600,000 12,100,000

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