[論文レビュー] Vorticity generation in large-scale structure caustics

Christophe Pichon, Francis Bernardeau|ArXiv.org|Feb 9, 1999

Spacecraft and Cryogenic Technologies被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、初期の過密度の最初のシェルクロージャーを評価することで、Zel'dovich近似における大規模構造のカウスティクスにおける渦度生成を調査し、非渦流的宇宙流れからのずれを検証する。平均的な渦度は小さく、1つのハッブル定数のオーダーであり、10–15 h⁻¹ Mpc以上のスケールではその寄与は無視できるが、3–4 h⁻¹ Mpcのスケールでは顕著になり、銀河団スケールに近い。

ABSTRACT

A fundamental hypothesis for the interpretation of the measured large-scale line-of-sight peculiar velocities of galaxies is that the large-scale cosmic flows are irrotational. In order to assess the validity of this assumption, we estimate, within the frame of the gravitational instability scenario, the amount of vorticity generated after the first shell crossings in large-scale caustics. In the Zel'dovich approximation the first emerging singularities form sheet like structures. Here we compute the expectation profile of an initial overdensity under the constraint that it goes through its first shell crossing at the present time. We find that this profile corresponds to rather oblate structures in Lagrangian space. Assuming the Zel'dovich approximation is still adequate not only at the first stages of the evolution but also slightly after the first shell crossing, we calculate the size and shape of those caustics and their vorticity content as a function of time and for different cosmologies. The average vorticity created in these caustics is small: of the order of one (in units of the Hubble constant). To illustrate this point we compute the contribution of such caustics to the probability distribution function of the filtered vorticity at large scales. We find that this contribution that this yields a negligible contribution at the 10 to 15 $h^{-1}$Mpc scales. It becomes significant only at the scales of 3 to 4 $h^{-1}$Mpc, that is, slightly above the galaxy cluster scales.

研究の動機と目的

• 大規模宇宙速度場における非渦流的流れ仮定の妥当性を検証すること。
• 大規模構造カウスティクス形成時の最初のシェルクロージャーにおける生成される渦度を定量化すること。
• このような渦度が、宇宙スケールにおけるフィルタリング済み渦度の確率分布関数に与える影響を評価すること。
• 宇宙論的モデルがシェルクロージャー後のカウスティクスのサイズ、形状、および渦度含量に与える影響を調査すること。
• カウスティクス内の渦度が、異なるスケールでの観測された特異速度場に顕著に影響を与える可能性があるかどうかを特定すること。

提案手法

• 現在の時代に最初のシェルクロージャーを起こすラグランジュ空間における初期の過密度をモデル化すること。
• Zel'dovich近似を用いて、これらの構造の最初の特異点を超えた進化を追跡すること。
• 時間および宇宙論的パラメータの関数として、シェルクロージャー後に形成されるカウスティクスのサイズと形状を計算すること。
• Zel'dovichフレームワークにおける速度勾配テンソルを用いて、これらのカウスティクスの渦度含量を計算すること。
• 10から3 h⁻¹ Mpcのスケールで渦度をフィルタリングし、その確率分布関数への寄与を評価すること。
• 異なる宇宙論的モデル間で結果を比較し、背景パラメータへの感度を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模構造形成において、宇宙の流れはどの程度非渦流的と見なせるか？
• RQ2 大規模過密度の最初のシェルクロージャー時に形成されるカウスティクスに、どの程度の渦度が生成されるか？
• RQ3 観測された特異速度場において、カウスティクス由来の渦度が無視できないようになるスケールはどの程度か？
• RQ4 Zel'dovich近似において、カウスティクスのサイズと形状がその渦度含量に与える影響は何か？
• RQ5 カウスティクスの渦度が、フィルタリング済み渦度の大きなスケールにおける確率分布関数にどの程度寄与するか？

主な発見

• 最初のシェルクロージャー後に生成されるカウスティクスにおける平均渦度は、1つのハッブル定数のオーダーであり、わずかではあるが非ゼロの回転成分を示している。
• 10–15 h⁻¹ Mpcのスケールでは、フィルタリング済み渦度の確率分布関数への渦度寄与は無視できる。
• 渦度寄与は、3–4 h⁻¹ Mpcのスケールに達して初めて顕著になるが、これは通常の銀河団スケールよりもわずかに大きい。
• 現在の時代に最初のシェルクロージャーを起こす初期の過密度プロファイルは、ラグランジュ空間において扁平であることが判明した。
• Zel'dovich近似は、最初のシェルクロージャーをわずかに超えた段階でのカウスティクスの性質を推定するのに妥当なツールのままである。
• 渦度含量は宇宙論的モデルに敏感であるが、テストされた設定すべてにおいて、全体的な大きさは小さく保たれている。