宇宙の階層構造の形成

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11640235
• 研究機関: 国立天文台
• 研究代表者: 杉山 直 国立天文台, 理論天文学研究系, 教授 (70222057)
• 研究分担者: 山田 良透 京都大学, 理学研究科, 助手 (20230493) ; 西 亮一 京都大学, 理学研究科, 助手 (80252419) ; 中尾 憲一 大阪市立大学, 理学部, 助教授 (90263061)
• キーワード: 宇宙論 / 大規模構造 / 構造形成 / 再加熱 / 星形成

研究概要

本年度は、研究代表者の杉山を中心として、次のような研究を行い、論文として発表した。
・宇宙が始まって約30万年後に陽子が電子を捕獲して水素原子になり、宇宙が透明になる時代が訪れた。その時代において、大スケールの光子の速度場によって生成される小さなスケールでの電子、及びバリオンの密度揺らぎのの非線形成長の解析を詳しくおこなった。その結果、これまで一部で期待されたような非常に大きな揺らぎの増幅は起きず、せいぜい10倍程度、振幅が大きくなることが明かになった。
・ニュートリノが質量を持っていると、小スケールでの密度揺らぎが消されるために、銀河などの構造がうまくできない。このことから、その質量に対して、非常に厳しい制限がつくことを明らかにした。
・銀河形成に伴って生成された星からの紫外線によって、宇宙が再加熱される過程を、銀河形成の準解析的方法によって明らかにした。また、その結果生じる電離した銀河間物質の固有運動によって引き起こされる宇宙背景放射の揺らぎを精密に計算し、観測の予言を行った。
・生成した星からの光によって水素分子が分解される過程を考慮して、金属量の少ない、宇宙初期での星形成過程を調べた。金属量が少ない時は、水素原子がほとんど唯一の冷却剤となり、星形成過程を進めるために、この過程によって顕著に星形成が阻害されることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] A.J.Benson,Adi Nusser,Naoshi Sugiyama,C.G.Lacey: "Non-uniform reionization by galaxies and its effect on the cosmic microwave background"Mon.Not.Roy.Astro.. 320. 153-176 (2001)
• [文献書誌] Guo-Chin Liu,Kazuhiro Yamamoto,Naoshi Sugiyama,Hiroaki Nishioka: "Nonlinear Evolution of Very Small Scale Cosmological Baryon Perturbations at Recombination"Astrophys.J.. 547. 1-11 (2001)
• [文献書誌] Masataka Fukugita,Guo-Chin Liu,Naoshi Sugiyama: "Limits on Neutrino Mass from Cosmic Structure Formation"Physical Review Letter. 84. 1082-1085 (2000)
• [文献書誌] Toshiyuki Kanazawa,M.Kawasaki,Naoshi Sugiyama,T.Yanagida: "Double Inflation in Supergravity and the Large Scale Structure"Physical Review. D61. 023517(9pages) (2000)
• [文献書誌] R.Nishi,M.Tashiro: "Self-Regulation of Star Formation in Low-Metallicity Clouds"Astrophys.J.. 537. 50-54 (2000)
• [文献書誌] Taro Inoue,Kenji Tomita,Naoshi Sugiyama: "Temperature Correlations in a Compact Hyperbolic Universe"Mon.Not.Roy.Astro.Lett.. 314. L21-L25 (2000)