[論文レビュー] Evolution Of Gravitational Potential In The Quasilinear And Nonlinear Regimes

J. S. Bagla, Τ. Padmanabhan|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 1995

Pulsars and Gravitational Waves Research被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、Ω=1の物質優勢宇宙における非線形および準線形領域における重力ポテンシャルのスペクトルの進化を調査する。N体シミュレーションを用いて、スペクトル指数n = -1またはn = -2のスペクトルを持つ場合、準線形領域ではポテンシャルの進化が弱く、極端な非線形領域では全く進化しないことが判明した。これは、振幅とスペクトル指数の間の「共謀」によって、CDMに類似したモデルではポテンシャルの進化が抑制されることを示している。

ABSTRACT

We study the evolution of the power spectrum of gravitational potential during the nonlinear clustering in an $Ω=1$ matter dominated phase. N-body simulations suggest that the potential does not evolve in time even in the quasilinear phase for an $n=-1$ power spectrum. For $n=-2$, the potential evolves in the quasilinear phase but not in the extreme nonlinear phase. Becauase of these facts, the evolution of the gravitational potential in spectra like CDM is less than what would have been expected naively. We discuss a class of CDM like models in which such an interesting conspiracy between the amplitude and local index occurs.

研究の動機と目的

• 物質優勢宇宙における非線形クラスタリングの過程での重力ポテンシャルスペクトルの時間的進化を理解すること。
• CDMに類似したモデルにおいて、重力ポテンシャルの進化が直感的な理論的推定値よりも小さい理由を調査すること。
• 初期スペクトル指数（n）と振幅が非線形クラスタリングにおけるポテンシャル進化の抑制に果たす役割を調査すること。
• 振幅と局所的スペクトル指数がポテンシャル進化を低減させる条件を特定すること。
• 宇宙論的シミュレーションで観測されたポテンシャル進化の抑制を理解するための理論的枠組みを提供すること。

提案手法

• 初期スペクトル指数n = -1およびn = -2を持つΩ=1の物質優勢宇宙に対してN体シミュレーションを実施する。
• 異なる赤方偏移における重力ポテンシャルのスペクトルを計算し、その時間的進化を追跡する。
• 線形理論および準線形理論の予測と比較することで、乖離を特定する。
• ポテンシャルの振る舞いを、両方の領域（準線形および極端な非線形領域）で分析する。
• 振幅と局所的スペクトル指数がポテンシャル進化を抑制する条件を同定する。
• 得られた結果をもとに、このような抑制が自然に生じるCDMに類似したモデルのクラスを構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期スペクトル指数n = -1およびn = -2の場合、準線形および非線形領域における重力ポテンシャルスペクトルの進化はどのように変化するか？
• RQ2 CDMに類似したモデルにおいて、重力ポテンシャルの進化が直感的な理論的推定値よりも小さいのはなぜか？
• RQ3 非線形クラスタリングにおいて、スペクトル指数と振幅がポテンシャル進化の抑制に果たす役割は何か？
• RQ4 どのようなCDMに類似したモデルのクラスにおいて、振幅とスペクトル指数の共謀がポテンシャル進化を最小限に抑えるか？
• RQ5 N体シミュレーションは、非線形構造におけるポテンシャルスペクトルの増大という標準的期待にどのように挑戦するか？

主な発見

• スペクトル指数n = -1の場合は、時間的進化が顕著に見られず、準線形領域でさえもほとんど変化しない。
• スペクトル指数n = -2の場合は、準線形領域では弱い進化を示すが、極端な非線形領域ではほぼ一定のまま保たれる。
• CDMに類似したモデルにおけるポテンシャル進化の抑制は、スペクトルの振幅と局所的スペクトル指数の間の繊細なバランスに起因する。
• この振る舞いは、単純な線形理論の外挿によって予測されるよりも、ポテンシャルスペクトルの進化が小さいことを示唆する。
• この結果は、CDMモデルにおける観測された弱い進化が偶然ではなく、振幅とスペクトル指数の特定の「共謀」に起因することを示唆する。
• 本研究では、初期スペクトルパラメータの性質によって、このような抑制が自然に生じるCDMに類似したモデルのクラスを同定した。