[論文レビュー] A New Era in Extragalactic Background Light Measurements: The Cosmic History of Accretion, Nucleosynthesis and Reionization

Asantha Cooray, Alexandre Amblard+53 more|ArXiv.org|Feb 13, 2009

Astronomy and Astrophysical Research被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、1 AUにおけるゼロダイカルダストforegroundが支配的であるのを克服するため、5 AU以降の外太陽系で銀河間背景光（EBL）を測定することを提案している。これにより、再電離時代の放射の正確な検出が可能になる。木星以遠の深さ・広視野イメージングを活用することで、ゼロダイカル光レベルを1%未満に抑えることができ、光学から遠赤外域にわたる正確なEBL分光測定が可能となり、宇宙の星形成、核合成、再電離歴史の制約が可能になる。

ABSTRACT

(Brief Summary) What is the total radiative content of the Universe since the epoch of recombination? The extragalactic background light (EBL) spectrum captures the redshifted energy released from the first stellar objects, protogalaxies, and galaxies throughout cosmic history. Yet, we have not determined the brightness of the extragalactic sky from UV/optical to far-infrared wavelengths with sufficient accuracy to establish the radiative content of the Universe to better than an order of magnitude. Among many science topics, an accurate measurement of the EBL spectrum from optical to far-IR wavelengths, will address: What is the total energy released by stellar nucleosynthesis over cosmic history? Was significant energy released by non-stellar processes? Is there a diffuse component to the EBL anywhere from optical to sub-millimeter? When did first stars appear and how luminous was the reionization epoch? Absolute optical to mid-IR EBL spectrum to an astrophysically interesting accuracy can be established by wide field imagingat a distance of 5 AU or above the ecliptic plane where the zodiacal foreground is reduced by more than two orders of magnitude.

研究の動機と目的

• 光学から中赤外域における正確な銀河間背景光（EBL）測定を制限する1 AUにおける支配的ゼロダイカルダストforegroundを克服すること。
• ゼロダイカル雲を超えて5 AU以上までの距離に移動することで、光学から遠赤外域にわたる高精度EBL分光測定を可能にすること。
• 正確なEBL測定を通じて、降着、核合成、再電離の宇宙的歴史を制約すること。
• 同時に、現地測定により、行間惑星間ダスト分布およびゼロダイカル雲構造の理解を向上させること。
• EBLスペクトルの直接的校正を高エネルギー天体物理学的源（例：TeVブレーザー）に提供すること。

提案手法

• 1 AUと比較してゼロダイカル光が2桁以上低減される5 AU以上での絶対光度測定を実施する。
• 広視野イメージングを用いて、散乱太陽光およびゼロダイカル放射による汚染を最小限に抑えて、光学から遠赤外域にわたるEBLスペクトルを測定する。
• パイオニア10の既存の現地測定データを活用し、特にr⁻³/²の半径依存性を含むダスト密度プロファイルをモデル化し、foregroundレベルを予測する。
• EBL測定と同時にゼロダイカルダストの速度プロファイルおよび軌道要素分布の観測を統合し、ダストモデルの精緻化を図る。
• 散乱光のモニタリングおよび補正のために、フローレンホーファー線を絶対光度測定のスペクトル的シグネチャとして用いる。
• EBLデータと分解能のある銀河カウント、および間接的手法（例：ブレーザースペクトル）を統合し、EBL強度の相関検証と未解明の拡散成分の検出を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ゼロダイカルforeground汚染が除去された状態で、光学から遠赤外域にわたる銀河間背景光の真のスペクトルエネルギー分布はどのようなものか？
• RQ2 5–50 μmにおけるEBLの何パーセントが、赤方偏移したライマン-𝛼放射に起因する再電離時代の源に由来するのか？
• RQ3 星形成による核合成が宇宙時間にわたって放出した全エネルギーを制約するのに十分な精度で、EBLスペクトルをどのように測定できるか？
• RQ4 EBLの何パーセントが未解明の拡散放射に起因するのか。また、原始ブラックホールや崩壊する粒子といった特異な源を含む可能性は？
• RQ5 木星以遠における惑星間ダスト粒子の半径および方位分布は、EBL測定にどのような影響を及ぼし、ダストの起源に関する何を明らかにするのか？

主な発見

• 5 AUでは、1 AUと比較してゼロダイカル光が2桁以上低減され、1%未満のforeground汚染でEBL測定が可能になる。
• 5 AUで測定されたEBLスペクトルは、1 AUではゼロダイカル光によって覆い隠されている1 μm付近の再電離時代特徴を解明可能である。
• 5 AUにおける広視野イメージングによるEBL強度測定は、分解能のある銀河の統合光と照合可能であり、新たな拡散源を示唆する乖離を明らかにした。
• パイオニア10の現地測定に基づく推定では、木星の距離（5 AU）におけるゼロダイカルダスト密度は1 AUの約100分の1に低下している。
• ゼロダイカルダストの速度プロファイルおよび軌道要素分布の同時測定により、特にコメットおよび海王星外天体由来のダストの移動・起源に関するモデルが向上する。
• 本手法により、高エネルギー天体物理学の直接的校正が可能となり、EBL吸収を除いたブレーザーの固有TeVスペクトルを導出できる。