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若暗物质是模糊的,第一批恒星形成于大质量薄饼中

星系天体物理 2022-12-21 v2 宇宙学与河外天体物理

摘要

模糊暗物质(FDM)是针对标准冷暗物质(CDM)模型提出的修正,其动机源于低质量星系中的小尺度差异。它由超轻(质量1022\sim 10^{-22} eV)轴子组成,具有kpc尺度的德布罗意波长,这类候选者预测第一批坍缩天体形成于相对大质量的暗物质晕中。这意味着第一批恒星与星系的形成历史将非常不同,可能对这类模型施加强约束。在此,我们数值模拟了FDM宇宙学中第一批恒星的形成,首次在代表性体积中追踪坍缩直至原恒星形成,并包含原初非平衡化学网络与冷却。我们得到两个新颖结果:首先,大尺度坍缩产生极薄且扁平的气体“薄饼”;其次,尽管宇宙学截然不同,该薄饼发生碎裂直至形成与CDM中无法区分的原恒星天体。综合来看,这些结果表明该模型中的第一代恒星也可能质量较大,并且由于片状形态,它们无法自调节,导致大规模的第三星族星暴。利用简单模型考虑恒星的电离反馈,我们估计该延展结构中在20 Myr内形成的第一批恒星总数为10410^4,并应可被JWST观测到。这些预测提供了FDM及类似暗物质候选者的潜在确凿特征。

关键词

引用

@article{arxiv.2210.11515,
  title  = {If dark matter is fuzzy, the first stars form in massive pancakes},
  author = {Mihir Kulkarni and Eli Visbal and Greg L. Bryan and Xinyu Li},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2210.11515},
  year   = {2022}
}

备注

9 pages, 6 figures, Accepted for publication in ApJL