在不同暗物质模型中评估天炉座球状星团计时问题
星系天体物理
2021-10-28 v3 宇宙学与河外天体物理
高能物理 - 唯象学
摘要
我们研究了天炉座矮椭球(dSph)星系中球状星团(GCs)的轨道所能揭示的关于暗物质(DM)的信息。该问题近期已在超轻暗物质(ULDM)情形下被研究。我们考虑另外两种模型：(i) 费米子简并暗物质(DDM)，其在动力学摩擦计算中须考虑泡利阻塞；以及 (ii) 自相互作用暗物质(SIDM)。我们给出动力学摩擦的一个简洁直接的 Fokker-Planck 推导，对 DDM 属首次，并对 ULDM 与冷 DM 复现了文献中已有结果。ULDM、DDM 与 SIDM 过去被认为会在 dSph 中导致核，这一特征可抑制动力学摩擦并延长 GC 轨道。对 DDM，我们推导了与 DM 产生机制无关的宇宙学自由流极限版本，发现 DDM 若不在违反 Ly- 极限的情况下无法在天炉座中产生可观的核。若因某种原因忽略 Ly- 极限，则恒星运动学数据确实允许一个可延长 GC 轨道的 DDM 核。对 SIDM，我们发现以既往工作所考虑的自相互作用截面值可获得 GC 轨道的显著延长。除利用更新观测数据重估内落时间外，我们给出了所谓 GC 计时问题的新视角，证明对于尖峰冷 DM 轮廓，动力学摩擦预言最内 GC 的 径向分布与初始条件无关。天炉座 GC 的观测轨道与此预期一致，存在约 量级的轻微表观微调。
引用
@article{arxiv.2102.11522,
title = {Assessing the Fornax globular cluster timing problem in different models of dark matter},
author = {Nitsan Bar and Diego Blas and Kfir Blum and Hyungjin Kim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.11522},
year = {2021}
}
备注
23 pages, 18 figures, journal version with corrected typos