АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ, 2024, том 79, № 4, страницы 553–565
ГАЛАКТИКИ С Z ≳ 10 И НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ ПРОВЕРКИ КОСМОЛОГИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
© 2024
С. В. Пилипенко1*, С. А. Дроздов1, М. В. Ткачев1, А. Г. Дорошкевич1,2
1Астрокосмический центр Физического института им. П. Н. Лебедева РАН, Москва, 117997 Россия
2Национальный исследовательский центр Курчатовский институт, Москва, 123182 Россия
*E-mail: spilipenko@asc.rssi.ru
2Национальный исследовательский центр Курчатовский институт, Москва, 123182 Россия
*E-mail: spilipenko@asc.rssi.ru
УДК 524.8-17
Поступила в редакцию 23 ноября 2023 года; после доработки 28 июля 2024 года; принята к публикации 6 августа 2024 года
Начальный спектр мощности возмущений плотности, сгенерированный в эпоху инфляции, в настоящее время ограничен наблюдениями на масштабах λ > 5 Мпк и имеет степенной вид. Особенности процесса инфляции могут приводить к появлению нестепенных добавок к этому спектру, например пиков. Точные размер и форма пика не могут быть предсказаны заранее. В этой статье мы предлагаем методы поиска таких пиков в области спектра с λ < 5 Мпк. Возмущения таких масштабов выходят на нелинейную стадию при z ≳ 10, которая сейчас становится доступна наблюдениям. Наши исследования численных моделей крупномасштабной структуры Вселенной с пиками в начальном спектре показали, что спектральные особенности на масштабах с λ > 0.1 Мпк проявляются в кластеризации галактик, а также влияют на их функцию масс, размеры и плотность. Исследование этих характеристик далеких галактик позволит ограничить космологические модели с пиками.
Ключевые слова:
(космология:) крупномасштабная структура Вселенной — галактики: большие красные смещения
ФинансированиеСписок литературы
Работа выполнена при поддержке проекта ФИАН ННГ 41-2020.
Список литературы
1. N. Aghanim et al. (Planck Collab.), Astron. and Astrophys. 641, id. A6 (2020). DOI:10.1051/0004-6361/201833910
2. H. B. Akins, C. M. Casey, E. Lambrides, et al., arXiv e-prints astro-ph:2406.10341 (2024). DOI:10.48550/arXiv.2406.10341
3. A. Albrecht and P. J. Steinhardt, Phys. Rev. Lett. 48 (17), 1220 (1982). DOI:10.1016/0370-2693(82)91219-9
4. K. Ando, M. Kawasaki, and H. Nakatsuka, Phys. Rev. D 98 (8), id. 083508 (2018). DOI:10.1103/PhysRevD.98.083508
5. R. Barkana and A. Loeb, Physics Reports 349 (2), 125 (2001). DOI:10.1016/S0370-1573(01)00019-9
6. J. D. Barrow, S. P. Bhavsar, and D. H. Sonoda, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 216, 17 (1985). DOI:10.1093/mnras/216.1.17
7. P. Behroozi and J. Silk, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 477 (4), 5382 (2018). DOI:10.1093/mnras/sty945
8. M. Boylan-Kolchin, Nature Astronomy 7, 731 (2023). DOI:10.1038/s41550-023-01937-7
9. L. D. Bradley, D. Coe, G. Brammer, et al., Astrophys. J. 955 (1), id. 13 (2023). DOI:10.3847/1538-4357/acecfe
10. G. L. Bryan and M. L. Norman, Astrophys. J. 495 (1), 80 (1998). DOI:10.1086/305262
11. M. Castellano, A. Fontana, T. Treu, et al., Astrophys. J. 938 (2), id. L15 (2022). DOI:10.3847/2041-8213/ac94d0
12. S. Chabanier, M. Millea, and N. Palanque-Delabrouille, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 489 (2), 2247 (2019). DOI:10.1093/mnras/stz2310
13. Y. Chen, H. J. Mo, and K. Wang, arXiv e-prints astro-ph:2304.13890 (2023). DOI:10.48550/arXiv.2304.13890
14. M. Demiański, A. Doroshkevich, T. Larchenkova, and S. Pilipenko, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 525 (2), 1922 (2023). DOI:10.1093/mnras/stad2349
15. M. Demiański, A. Doroshkevich, S. Pilipenko, and S. Gottlöber, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 414 (3), 1813 (2011). DOI:10.1111/j.1365-2966.2011.18265.x
16. M. Demiański and A. G. Doroshkevich, Astron. and Astrophys. 422, 423 (2004). DOI:10.1051/0004-6361:20040158
17. G. Despali, C. Giocoli, R. E. Angulo, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 456 (3), 2486 (2016). DOI:10.1093/mnras/stv2842
18. C. T. Donnan, D. J. McLeod, J. S. Dunlop, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 518 (4), 6011 (2023). DOI:10.1093/mnras/stac3472
19. A. Doroshkevich, D. L. Tucker, S. Allam, and M. J. Way, Astron. and Astrophys. 418, 7 (2004). DOI:10.1051/0004-6361:20031780
20. A. G. Doroshkevich, Astrophysics 6 (4), 320 (1970). DOI:10.1007/BF01001625
21. A. G. Doroshkevich, D. L. Tucker, R. Fong, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 322 (2), 369 (2001). DOI:10.1046/j.1365-8711.2001.04121.x
22. S. L. Finkelstein, M. B. Bagley, P. A. Haro, et al., Astrophys. J. 940 (2), id. L55 (2022). DOI:10.3847/2041-8213/ac966e
23. J. García-Bellido, A. Linde, and D. Wands, Phys. Rev. D 54 (10), 6040 (1996). DOI:10.1103/PhysRevD.54.6040
24. S. Giodini, D. Pierini, A. Finoguenov, et al., Astrophys. J. 703 (1), 982 (2009). DOI:10.1088/0004-637X/703/1/982
25. R. Gopal and S. K. Sethi, Journal of Astrophysics and Astronomy 24, 51 (2003). DOI:10.1007/BF02702312
26. Z. Haiman, T. Abel, and M. J. Rees, Astrophys. J. 534 (1), 11 (2000). DOI:10.1086/308723
27. K. Inomata, M. Braglia, and X. Chen, Journal of Cosmology and AstroparticlePhysics 2023 (4), id. 011 (2023). DOI:10.1088/1475-7516/2023/04/011
28. P. Ivanov, P. Naselsky, and I. Novikov, Phys. Rev. D 50 (12), 7173 (1994). DOI:10.1103/PhysRevD.50.7173
29. T. Kahniashvili, A. G. Tevzadze, S. K. Sethi, et al., Phys. Rev. D 82 (8), id. 083005 (2010). DOI:10.1103/PhysRevD.82.083005
30. M. Kawasaki, N. Sugiyama, and T. Yanagida, Phys. Rev. D 57 (10), 6050 (1998). DOI:10.1103/PhysRevD.57.6050
31. E.-J. Kim, A. V. Olinto, and R. Rosner, Astrophys. J. 468, 28 (1996). DOI:10.1086/177667
32. A. A. Klypin, S. Trujillo-Gomez, and J. Primack, Astrophys. J. 740 (2), 102 (2011). DOI:10.1088/0004-637X/740/2/102
33. A. Knebe, R. R. Islam, and J. Silk, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 326 (1), 109 (2001). DOI:10.1046/j.1365-8711.2001.04569.x
34. S. R. Knollmann and A. Knebe, Astrophys. J. Suppl. 182 (2), 608 (2009). DOI:10.1088/0067-0049/182/2/608
35. I. Labbé, P. van Dokkum, E. Nelson, et al., Nature 616 (7956), 266 (2023). DOI:10.1038/s41586-023-05786-2
36. A. D. Linde, Physics Letters B 108 (6), 389 (1982). DOI:10.1016/0370-2693(82)91219-9
37. C. C. Lovell, I. Harrison, Y. Harikane, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 518 (2), 2511 (2022). DOI:10.1093/mnras/stac3224
38. J. Matthee, R. P. Naidu, G. Brammer, et al., Astrophys. J. 963 (2), id. 129 (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad2345
39. R. P. Naidu, P. A. Oesch, P. van Dokkum, et al., Astrophys. J. 940 (1), id. L14 (2022). DOI:10.3847/2041-8213/ac9b22
40. H. Padmanabhan and A. Loeb, Astrophys. J. 953 (1), id. L4 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/acea7a
41. K. L. Pandey and S. K. Sethi, Astrophys. J. 762 (1), article id. 15 (2013). DOI:10.1088/0004-637X/762/1/15
42. P. Parashari and R. Laha, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 526 (1), L63 (2023). DOI:10.1093/mnrasl/slad107
43. F. Prada, P. Behroozi, T. Ishiyama, et al., arXiv e-prints astro-ph:2304.11911 (2023). DOI:10.48550/arXiv.2304.11911
44. W. H. Press and P. Schechter, Astrophys. J. 187, 425 (1974). DOI:10.1086/152650
45. P. Ralegankar, M. Pavičević, and M. Viel, arXiv e-prints astro-ph:2402.14079 (2024). DOI:10.48550/arXiv.2402.14079
46. X. Shen, M. Vogelsberger, M. Boylan-Kolchin, et al., arXiv e-prints astro-ph:2305.05679 (2023). DOI:10.48550/arXiv.2305.05679
47. R. K. Sheth and G. Tormen, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 308 (1), 119 (1999). DOI:10.1046/j.1365-8711.1999.02692.x
48. H. Sletmoen and H. A. Winther, arXiv e-prints astro-ph:2403.03786 (2024). DOI:10.48550/arXiv.2403.03786
49. V. Springel, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 364, 1105 (2005). DOI:10.1111/j.1365-2966.2005.09655.x
50. M. V. Tkachev, S. V. Pilipenko, E. V. Mikheeva, and V. N. Lukash, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 527 (1), 1381 (2024). DOI:10.1093/mnras/stad3279
51. F. Wang, J. Yang, J. F. Hennawi, et al., Astrophys. J. 951 (1), id. L4 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/accd6f
52. M. Xiao, P. Oesch, D. Elbaz, et al., arXiv e-prints astro-ph:2309.02492 (2023). DOI:10.48550/arXiv.2309.02492
53. Y. B. Zel’dovich, Astron. and Astrophys. 5, 84 (1970).
2. H. B. Akins, C. M. Casey, E. Lambrides, et al., arXiv e-prints astro-ph:2406.10341 (2024). DOI:10.48550/arXiv.2406.10341
3. A. Albrecht and P. J. Steinhardt, Phys. Rev. Lett. 48 (17), 1220 (1982). DOI:10.1016/0370-2693(82)91219-9
4. K. Ando, M. Kawasaki, and H. Nakatsuka, Phys. Rev. D 98 (8), id. 083508 (2018). DOI:10.1103/PhysRevD.98.083508
5. R. Barkana and A. Loeb, Physics Reports 349 (2), 125 (2001). DOI:10.1016/S0370-1573(01)00019-9
6. J. D. Barrow, S. P. Bhavsar, and D. H. Sonoda, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 216, 17 (1985). DOI:10.1093/mnras/216.1.17
7. P. Behroozi and J. Silk, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 477 (4), 5382 (2018). DOI:10.1093/mnras/sty945
8. M. Boylan-Kolchin, Nature Astronomy 7, 731 (2023). DOI:10.1038/s41550-023-01937-7
9. L. D. Bradley, D. Coe, G. Brammer, et al., Astrophys. J. 955 (1), id. 13 (2023). DOI:10.3847/1538-4357/acecfe
10. G. L. Bryan and M. L. Norman, Astrophys. J. 495 (1), 80 (1998). DOI:10.1086/305262
11. M. Castellano, A. Fontana, T. Treu, et al., Astrophys. J. 938 (2), id. L15 (2022). DOI:10.3847/2041-8213/ac94d0
12. S. Chabanier, M. Millea, and N. Palanque-Delabrouille, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 489 (2), 2247 (2019). DOI:10.1093/mnras/stz2310
13. Y. Chen, H. J. Mo, and K. Wang, arXiv e-prints astro-ph:2304.13890 (2023). DOI:10.48550/arXiv.2304.13890
14. M. Demiański, A. Doroshkevich, T. Larchenkova, and S. Pilipenko, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 525 (2), 1922 (2023). DOI:10.1093/mnras/stad2349
15. M. Demiański, A. Doroshkevich, S. Pilipenko, and S. Gottlöber, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 414 (3), 1813 (2011). DOI:10.1111/j.1365-2966.2011.18265.x
16. M. Demiański and A. G. Doroshkevich, Astron. and Astrophys. 422, 423 (2004). DOI:10.1051/0004-6361:20040158
17. G. Despali, C. Giocoli, R. E. Angulo, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 456 (3), 2486 (2016). DOI:10.1093/mnras/stv2842
18. C. T. Donnan, D. J. McLeod, J. S. Dunlop, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 518 (4), 6011 (2023). DOI:10.1093/mnras/stac3472
19. A. Doroshkevich, D. L. Tucker, S. Allam, and M. J. Way, Astron. and Astrophys. 418, 7 (2004). DOI:10.1051/0004-6361:20031780
20. A. G. Doroshkevich, Astrophysics 6 (4), 320 (1970). DOI:10.1007/BF01001625
21. A. G. Doroshkevich, D. L. Tucker, R. Fong, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 322 (2), 369 (2001). DOI:10.1046/j.1365-8711.2001.04121.x
22. S. L. Finkelstein, M. B. Bagley, P. A. Haro, et al., Astrophys. J. 940 (2), id. L55 (2022). DOI:10.3847/2041-8213/ac966e
23. J. García-Bellido, A. Linde, and D. Wands, Phys. Rev. D 54 (10), 6040 (1996). DOI:10.1103/PhysRevD.54.6040
24. S. Giodini, D. Pierini, A. Finoguenov, et al., Astrophys. J. 703 (1), 982 (2009). DOI:10.1088/0004-637X/703/1/982
25. R. Gopal and S. K. Sethi, Journal of Astrophysics and Astronomy 24, 51 (2003). DOI:10.1007/BF02702312
26. Z. Haiman, T. Abel, and M. J. Rees, Astrophys. J. 534 (1), 11 (2000). DOI:10.1086/308723
27. K. Inomata, M. Braglia, and X. Chen, Journal of Cosmology and AstroparticlePhysics 2023 (4), id. 011 (2023). DOI:10.1088/1475-7516/2023/04/011
28. P. Ivanov, P. Naselsky, and I. Novikov, Phys. Rev. D 50 (12), 7173 (1994). DOI:10.1103/PhysRevD.50.7173
29. T. Kahniashvili, A. G. Tevzadze, S. K. Sethi, et al., Phys. Rev. D 82 (8), id. 083005 (2010). DOI:10.1103/PhysRevD.82.083005
30. M. Kawasaki, N. Sugiyama, and T. Yanagida, Phys. Rev. D 57 (10), 6050 (1998). DOI:10.1103/PhysRevD.57.6050
31. E.-J. Kim, A. V. Olinto, and R. Rosner, Astrophys. J. 468, 28 (1996). DOI:10.1086/177667
32. A. A. Klypin, S. Trujillo-Gomez, and J. Primack, Astrophys. J. 740 (2), 102 (2011). DOI:10.1088/0004-637X/740/2/102
33. A. Knebe, R. R. Islam, and J. Silk, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 326 (1), 109 (2001). DOI:10.1046/j.1365-8711.2001.04569.x
34. S. R. Knollmann and A. Knebe, Astrophys. J. Suppl. 182 (2), 608 (2009). DOI:10.1088/0067-0049/182/2/608
35. I. Labbé, P. van Dokkum, E. Nelson, et al., Nature 616 (7956), 266 (2023). DOI:10.1038/s41586-023-05786-2
36. A. D. Linde, Physics Letters B 108 (6), 389 (1982). DOI:10.1016/0370-2693(82)91219-9
37. C. C. Lovell, I. Harrison, Y. Harikane, et al., Monthly Notices Royal Astron. Soc. 518 (2), 2511 (2022). DOI:10.1093/mnras/stac3224
38. J. Matthee, R. P. Naidu, G. Brammer, et al., Astrophys. J. 963 (2), id. 129 (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad2345
39. R. P. Naidu, P. A. Oesch, P. van Dokkum, et al., Astrophys. J. 940 (1), id. L14 (2022). DOI:10.3847/2041-8213/ac9b22
40. H. Padmanabhan and A. Loeb, Astrophys. J. 953 (1), id. L4 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/acea7a
41. K. L. Pandey and S. K. Sethi, Astrophys. J. 762 (1), article id. 15 (2013). DOI:10.1088/0004-637X/762/1/15
42. P. Parashari and R. Laha, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 526 (1), L63 (2023). DOI:10.1093/mnrasl/slad107
43. F. Prada, P. Behroozi, T. Ishiyama, et al., arXiv e-prints astro-ph:2304.11911 (2023). DOI:10.48550/arXiv.2304.11911
44. W. H. Press and P. Schechter, Astrophys. J. 187, 425 (1974). DOI:10.1086/152650
45. P. Ralegankar, M. Pavičević, and M. Viel, arXiv e-prints astro-ph:2402.14079 (2024). DOI:10.48550/arXiv.2402.14079
46. X. Shen, M. Vogelsberger, M. Boylan-Kolchin, et al., arXiv e-prints astro-ph:2305.05679 (2023). DOI:10.48550/arXiv.2305.05679
47. R. K. Sheth and G. Tormen, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 308 (1), 119 (1999). DOI:10.1046/j.1365-8711.1999.02692.x
48. H. Sletmoen and H. A. Winther, arXiv e-prints astro-ph:2403.03786 (2024). DOI:10.48550/arXiv.2403.03786
49. V. Springel, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 364, 1105 (2005). DOI:10.1111/j.1365-2966.2005.09655.x
50. M. V. Tkachev, S. V. Pilipenko, E. V. Mikheeva, and V. N. Lukash, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 527 (1), 1381 (2024). DOI:10.1093/mnras/stad3279
51. F. Wang, J. Yang, J. F. Hennawi, et al., Astrophys. J. 951 (1), id. L4 (2023). DOI:10.3847/2041-8213/accd6f
52. M. Xiao, P. Oesch, D. Elbaz, et al., arXiv e-prints astro-ph:2309.02492 (2023). DOI:10.48550/arXiv.2309.02492
53. Y. B. Zel’dovich, Astron. and Astrophys. 5, 84 (1970).
Galaxies at z ≳ 10 and New Opportunities for Testing Cosmological Models
© 2024
S. V. Pilipenko1*, S. A. Drozdov1, M. V. Tkachev1, A. G. Doroshkevich1,2
1Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences,Moscow, 117997 Russia
2National Research Centre Kurchatov Institute,Moscow, 123182 Russia
*E-mail: spilipenko@asc.rssi.ru
2National Research Centre Kurchatov Institute,Moscow, 123182 Russia
*E-mail: spilipenko@asc.rssi.ru
The initial power spectrum of density perturbations, generated during the inflationary epoch, is now constrained by observations on scales of λ > 5 Mpc and has a power-law form. The peculiarities of the inflationary process can lead to the appearance of non-power-law contributions to this spectrum, such as peaks. The exact size and shape of the peak cannot be predicted in advance. In this paper, we propose methods for searching for such peaks in the region of the spectrum with λ < 5 Mpc. Perturbations on these scales enter the nonlinear stage at z ≳ 10, which is now becoming accessible to observations. Our studies of numerical models of the large-scale structure with peaks in the initial spectrum have shown that spectral features on scales of λ > 0.1 Mpc manifest in the clustering of galaxies, as well as affect their mass function, sizes, and density. Studying these characteristics of distant galaxies will allow us to constrain cosmological models with peaks.
Keywords:
(cosmology:) large scale structure — galaxies: high redshifts
К содержанию номера