[論文レビュー] An outline of radiatively-driven cosmology

Robert L. Kurucz|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2000

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、質量の大きな第3星族星からの放射圧という放射力が、再結合後の最初の10億年間に、初期宇宙の進化を劇的に形作ったと提案している。その結果、放射駆動型の収縮が発生し、球状星団、銀河、空洞が形成された。主な貢献は、重力だけではなく放射が、急激で暴力的な構造形成を引き起こした放射優勢のパラダイムを提唱したことである。重力が支配的になるのは、放射源がエネルギーを消費し尽くした後である。

ABSTRACT

A Big Bang universe consisting, before recombination, of H, D, 3He, 4He, 6Li, and 7Li ions, electrons, photons, and massless neutrinos, at closure density, with a galaxy-size perturbation spectrum but no large-scale structure, will evolve into the universe as we now observe it. Evolution during the first billion years is controlled by radiation. Globular clusters are formed by radiatively-driven implosions, galaxies are formed by radiatively triggered gravitational collapse of systems of globular clusters, and voids are formed by radiatively-driven expansion. After this period the strong radiation sources are exhausted and the universe has expanded to the point where further evolution is determined by gravity and universal expansion.

研究の動機と目的

• 宇宙構造が重力とゆっくりとした進化に起因するとする従来の段階的宇宙論に挑戦すること。
• 最初の10億年間に、質量の大きな第3星族星からの放射圧が、初期宇宙の構造を形作る支配的要因であったと提唱すること。
• 放射駆動型の重力的収縮と膨張を通じて、球状星団、楕円銀河、宇宙の空洞が形成されたことを説明すること。
• 銀河間媒体とマイクロ波背景放射の起源を再評価し、それらが原始的ではなく、星の処理によって後に形成された可能性を示唆すること。
• 原始核合成の理論的予測と観測される軽元素（Li, D, 3He）の同位体比を整合させるために、原始的同位体比を調整し、星の処理を考慮すること。

提案手法

• 閉じた密度における平坦なビッグバン宇宙をモデル化し、H, D, 3He, 4He, 6Li, 7Liイオン、電子、光子、質量のないニュートリノを含める。
• 再結合時（約10,000 K）から出発し、非対称な、銀河サイズの摂動における放射加速度と重力的力の両方を用いて進化をシミュレートする。
• 表面および摂動の体積を定義するため、g_eff = g + g_rad = 0 の条件を適用する。ここで有効重力が収縮または膨張を決定する。
• Li, He, Hを含む全核種のイオン化および再結合の順序を追跡し、不透明度と放射圧の変化をモデル化する。
• 思考実験を用いて、小さな摂動における放射駆動型の収縮と、高密度の銀河クラスタにおける放射駆動型の膨張を模擬する。
• 質量の大きな星が超新星爆発を起こし、放射源がエネルギーを消費し尽くした後に、放射優勢から重力優勢への遷移をモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 質量の大きな第3星族星からの放射加速度は、初期宇宙における球状星団および銀河の形成をどのように引き起こしたか？
• RQ2 放射圧は宇宙の空洞形成にどのような役割を果たし、重力的収縮とどのように競合したか？
• RQ3 観測されたLi, D, 3Heの同位体比が標準的ビッグバン核合成の予測と異なるのはなぜか？ これを観測と整合させるにはどうすればよいか？
• RQ4 銀河間媒体およびマイクロ波背景放射はどのようにして生成されたのか？ それらは原始的であるのか、それとも後から形成されたのか？
• RQ5 放射駆動型形成モデル下で、銀河のハロー、バルジ、ディスク、球状星団系を含むミルキーウェイの観測される構造はどのように説明できるか？

主な発見

• 質量の大きな第3星族星からの放射圧が、球状星団の形成を引き起こす急激で暴力的な収縮を引き起こし、収縮はほぼ100％の完成度に達した。
• 銀河スケールの摂動は、放射加速度により発達し、非対称な密度揺らぎが角運動量と複雑な力学的挙動を生成した。
• 空洞は、高密度の銀河クラスタにおける放射駆動型の膨張によって形成され、特に正面から見たスパイラル銀河において、光学的に厚い領域で放射圧が重力を上回った。
• マイクロ波背景放射は銀河よりも若く、再結合後に発生したが、原始的レリックではなく、遅延した放射過程に起因する。
• 宇宙のすべての物質は星で処理された。星間媒体および銀河間媒体は原始的ではなく、星の生成物であり、ミルキーウェイのハローには約10^11個のニュートリノ星と約3×10^11個の白色矮星が含まれる。
• ミルキーウェイのディスクは、進化したハロー星が失ったガスから形成され、角運動量保存により収縮し回転が速くなった。その結果、形成が遅いにもかかわらず、バルジよりも金属量が低くなった。