[论文解读] On the Importance of Hypervelocity Stars for the Long-Term Future of Cosmology

Abraham Loeb|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2011

Astronomy and Astrophysical Research被引用 1

一句话总结

该论文提出，从未来银河系与仙女座星系合并残余物中喷射出的超高速星（HVSs）将在大爆炸后10^11年成为可观测宇宙中唯一的河外光源。通过光谱测量其多普勒红移，HVSs可精确约束真空质量密度和局域物质分布，为未来望远镜探测本地星系群中约10^{5±1}颗HVSs提供长期宇宙学探测手段。

ABSTRACT

In the standard cosmological model, the merger remnant of the Milky Way and Andromeda (Milkomeda) will be the only galaxy remaining within our event horizon once the Universe has aged by another factor of ten, ~10^{11} years after the Big Bang. After that time, the only extragalactic sources of light in the observable cosmic volume will be hypervelocity stars being ejected continuously from Milkomeda. Spectroscopic detection of the velocity-distance relation or the evolution in the Doppler shifts of these stars will allow a precise measurement of the vacuum mass density as well as the local matter distribution. Already in the near future, the next generation of large telescopes will allow photometric detection of individual stars out to the edge of the Local Group, and may target the ~10^{5+-1} hypervelocity stars that originated in it as cosmological tracers.

研究动机与目标

• 探索超高速星（HVSs）作为遥远未来宇宙中宇宙学示踪体的潜力。
• 解决在所有其他星系均已退行至可观测视界之外后，识别河外光源的挑战。
• 提出从Milkomeda合并残余物中喷射出的HVSs将成为用于宇宙学测量的唯一可探测河外光源。
• 评估利用未来大型望远镜探测和研究HVSs作为真空质量密度和局域物质分布探测手段的可行性。

提出的方法

• 建模宇宙的未来演化，以确定Milkomeda合并残余物在大爆炸后约10^11年时是可观测事件视界内唯一的星系。
• 利用Milkomeda持续喷射超高速星作为持续的河外光源。
• 应用光谱技术测量HVSs的速度-距离关系及其多普勒红移演化。
• 利用HVSs的动力学信息推断宇宙中的真空质量密度和局域物质分布。
• 预测使用未来大型望远镜在本地星系群中可探测到的HVS数量（约10^{5±1}）。
• 利用HVSs的红移演化探测宇宙时间尺度上的宇宙学参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 从Milkomeda合并残余物中喷射出的超高速星能否在遥远未来作为可行的宇宙学示踪体？
• RQ2 如何利用HVSs的多普勒红移演化来测量真空质量密度和局域物质分布？
• RQ3 使用下一代望远镜探测到的本地星系群中HVSs的预期数量是多少？
• RQ4 HVSs作为可观测宇宙中唯一河外光源的长期可行性如何？
• RQ5 通过HVSs的速度和距离测量，宇宙学参数能够被多精确地约束？

主要发现

• 从Milkomeda合并残余物中喷射出的超高速星将在大爆炸后约10^11年成为可观测事件视界内唯一可探测的河外光源。
• 通过光谱测量HVSs的速度-距离关系，可精确确定真空质量密度和局域物质分布。
• 预计在本地星系群中可探测到约10^{5±1}颗超高速星，使其成为宇宙学研究的可行样本。
• 未来大型望远镜将能够实现对单个HVSs的测光探测，直至本地星系群的边缘。
• HVSs多普勒红移的演化为长期探测宇宙学参数提供了有效方法。
• 当所有其他星系均已退行至可观测视界之外时，HVSs为宇宙学提供了一种独特、持续且可观测的探测手段。