[論文レビュー] The hyperfine transition of 3 He II as a probe of the intergalactic medium

J. S. Bagla, Abraham Loeb|arXiv (Cornell University)|May 12, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 8被引用数 6

ひとこと要約

本論文では、宇宙再イオン化期およびその直後における銀河間媒体のプローブとして、3He II のハイパーファイン遷移の利用を提案している。イオン化領域からの放射信号は、21 cmマップと反比例すると予測されており、低赤方偏移におけるLy-αブルブは、将来の観測機器で検出可能な電波信号を生成する可能性がある。

ABSTRACT

We explore the prospects of using the hyperfine transition of 3 He II as a probe of the intergalactic medium. The emission signal from ionized regions during reionization is expected to be anti-correlated with 21 cm maps. The predicted emission signal from Ly-� blobs at lower redshifts is detectable with future radio observatories.

研究の動機と目的

• 宇宙再イオン化期における銀河間媒体（IGM）を調べるための3He II ハイパーファイン遷移の可能性を調査すること。
• イオン化領域における3He II 発光と21 cm輝度温度の揺らぎの間の反比例関係を検討すること。
• 将来の電波望遠鏡を用いて、低赤方偏移におけるLy-αブルブからの3He II 発光の検出可能性を評価すること。
• 3He II を21 cm観測の補完的プローブとして用いることの実現可能性を評価すること。

提案手法

• 再イオン化時代のイオン化領域における3He II ハイパーファイン遷移のモデル化。
• イオン化領域における3He II 発光と21 cm輝度温度揺らぎの間の反比例関係の分析。
• 低赤方偏移におけるLy-αブルブからの予想される発光信号の推定。
• 近い将来の電波望遠鏡の感度予測を用いて、この信号の検出可能性の評価。
• 放射輸送およびイオン化構造モデルを用いて、希薄なIGMにおける3He II 発光のシミュレーション。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 再イオン化期のイオン化領域において、3He II ハイパーファイン遷移信号は21 cm信号とどのように相関するか？
• RQ2 低赤方偏移におけるLy-αブルブからの3He II 発光の期待される振幅と空間的分布は何か？
• RQ3 将来の電波望遠鏡は、IGMからの3He II ハイパーファイン遷移信号を検出可能か？
• RQ4 3He II 発光は、IGMのイオン化構造を調べるうえで、21 cm観測をどのように補完するか？

主な発見

• イオン化領域における3He II ハイパーファイン遷移発光は、21 cm輝度温度揺らぎと反比例すると予測されている。
• 低赤方偏移におけるLy-αブルブからの発光は、将来の電波望遠鏡で検出可能な信号を生成すると予想される。
• 3He II 遷移は、IGMのイオン化構造を調べるうえで21 cm観測の補完的プローブとして有効である。
• Ly-αブルブからの信号強度は、次世代の電波機器で観測可能であるほど十分に強い。