来自宇宙再电离的温暖暗物质约束
天体物理学
2009-11-06 v2
摘要
我们研究了高红移结构形成对支配宇宙的温暖暗物质(WDM)模型所施加的约束。我们修改了扩展Press-Schechter公式，推导WDM模型中的星系质量函数。我们发现，所做出的模型在感兴趣的星系质量范围内与最近的数值模拟结果在低红移处良好吻合。将该模型应用于高红移星系形成，我们发现，小尺度能量谱的损失，以及低质量天体坍缩的延迟，导致对WDM粒子根均方速度色散v_rms在z=0时的约束尤为严格。对于在相对论解离的费米子，这些限制等同于对粒子质量m_X的约束。若假设SDSS 1044-1215类源在z=5.8处拥有400万太阳质量的超大质量黑洞且未被双曲面扭曲且辐射率不超过Eddington极限，则可得出m_X > 0.5 keV(或v_rms < 0.10 km/s)。再电离于z=5.8也意味着对m_X的限制。如果高红移星系的辐射效率与z=3时期的星系相似，我们发现m_X > 1.2 keV(或v_rms < 0.03 km/s)。然而，鉴于当前在红移3处近距离效应测量中的不确定性，m_X可低至0.75 keV(v_rms = 0.06 km/s)尚未被排除。若假设高红移处的辐射效率更高，则该限制会进一步放宽，但若未来证明再电离发生在更高红移，则该限制将大幅收紧。WDM模型中m_X < 1 keV(v_rms > 0.04 km/s)的模型在高红移星系光度函数中会产生低亮度截断，这一现象可通过下一代太空望远镜(abridged)直接检测到。
引用
@article{arxiv.astro-ph/0102304,
title = {Constraints on Warm Dark Matter from Cosmological Reionization},
author = {Rennan Barkana and Zoltan Haiman and Jeremiah P. Ostriker},
journal= {arXiv preprint arXiv:astro-ph/0102304},
year = {2009}
}
备注
38 pages, 10 figures, to appear in ApJ. One figure added, some discussion revised