自相互作用暗物质的宇宙学模拟 I：恒定密度核与子结构

Miguel Rocha; Annika H. G. Peter; James S. Bullock; Manoj Kaplinghat; Shea Garrison-Kimmel; Jose Onorbe; Leonidas A. Moustakas

doi:10.1093/mnras/sts514

自相互作用暗物质的宇宙学模拟 I：恒定密度核与子结构

宇宙学与河外天体物理 2015-06-11 v1 高能物理 - 唯象学

作者: Miguel Rocha , Annika H. G. Peter , James S. Bullock , Manoj Kaplinghat , Shea Garrison-Kimmel , Jose Onorbe , Leonidas A. Moustakas

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摘要

我们利用宇宙学模拟研究自相互作用暗物质 (SIDM) 对从旋涡星系到星系团尺度的暗物质晕密度轮廓和子结构计数的影响，重点考察暗物质粒子质量截面 $\sigma/m = 1$ 和 $0.1$ cm $^2$ /g 的模型。我们的模拟依赖于一种新的 SIDM N-体算法，该算法自洽地源自玻尔兹曼方程，并在受控数值实验中复现了分析预期。我们发现，分辨率良好的 SIDM 晕具有恒定密度核，其中心密度显著低于冷暗物质 (CDM) 对应体。相比之下，SIDM 晕的子晕含量相较于 CDM 仅适度减少，且对于大宿主和小晕心距离抑制最为显著。此外，SIDM 中的大尺度聚类和晕圆速度函数实际上与 CDM 相同，这意味着 CDM 在大尺度上的所有成功同样能被 SIDM 很好地匹配。从我们最大截面的运行中，我们能够提取出一系列晕尺度下的核大小和中心密度的标度关系，并发现 SIDM 晕的核半径与其 CDM 对应体的 NFW 标度半径之间存在强相关性。我们构建了一个基于 CDM 标度关系的简单解析模型，捕捉了 SIDM 晕标度关系的所有方面。我们的结果表明， $\sigma/m = 1$ cm $^2$ /g 模型中的晕核密度过低，无法匹配星系团、低表面亮度旋涡星系 (LSBs) 和矮椭球星系的观测结果。然而， $\sigma/m \sim 0.1$ cm $^2$ /g 的 SIDM 似乎能够在无需速度依赖的情况下重现所报道的矮星系、LSBs 和星系团的核大小和中心密度。（摘要删节）

关键词

自相互作用暗物质宇宙学模拟密度轮廓子结构暗物质晕恒定密度核 N-体算法

引用

@article{arxiv.1208.3025,
  title  = {Cosmological Simulations with Self-Interacting Dark Matter I: Constant Density Cores and Substructure},
  author = {Miguel Rocha and Annika H. G. Peter and James S. Bullock and Manoj Kaplinghat and Shea Garrison-Kimmel and Jose Onorbe and Leonidas A. Moustakas},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1208.3025},
  year   = {2015}
}

备注

26 pages, 16 figures, all figures include colors, submitted for publication in MNRAS

自相互作用暗物质的宇宙学模拟 I：恒定密度核与子结构

摘要

关键词

引用

备注

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