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天体物理学 > 星系的天体物理学

arXiv:2006.11111v4 (astro-ph)
[提交于 2020年6月19日 (v1) ,最后修订 2020年11月24日 (此版本, v4)]

标题: 模糊暗物质与暗物质晕核

标题: Fuzzy Dark Matter and Dark Matter Halo Cores

Authors:Andreas Burkert
摘要: 冷暗物质(CDM)模拟预测了中心暗物质尖峰,其密度随着 $\rho$(\( r \)) $\sim$ \( 1/r \) 增大而发散,但观测通常表明具有有限中心密度的恒定密度核 $\rho_0$,并在核心半径 \( r \) $_0$ 内部具有平坦的密度分布。本文探讨了模糊暗物质(FDM),一种假设的质量为 \( m \) $\approx$ \( 10 \) $^{-22}$ eV 并在天体物理尺度上具有相应德布罗意波长的粒子,是否可以解决这一核心-尖峰问题。 我们表明,具有CDM晕星系际质量 M$_{vir} \leq 10^{11}$M$_{\odot}$的星系遵循两个核心的标度关系。 除了众所周知的普遍存在的核心列密度$\Sigma_0 \equiv \rho_0 \times$r$_0$= 75 M$_{\odot}$pc$^{-2}$外,核心半径随着暴室质量呈幂律增长,r$_0 \sim$∝ M$_{vir}^{\gamma}$,比例系数$\gamma$为一阶量级。利用施怀等人(Schive et al.)的模拟结果。 (2014年),我们证明了如果观测星系样本的弥散质量与形成红移z呈以下关系,FDM可以解释r$_0$-M$_{vir}$的标度关系: M$_{vir}\sim$(1+z)$^{-0.4}$。 然而,观测到的常数$\Sigma_0$却与FDM核心完全不符,FDM核心的特征在于其陡峭的依赖关系$\Sigma_0 \sim$r$_0^{-3}$,且与z无关。 现在需要更高分辨率的模拟来确认Schive等人的模拟,并特别探索溶剂核和周围晕之间的过渡区域。 如果这些结果成立,就可以排除FDM作为观测到的暗物质核的起源,而需要其他物理过程来解释它们的形成。
摘要: Whereas cold dark matter (CDM) simulations predict central dark matter cusps with densities that diverge as $\rho$(r)$\sim$ 1/r observations often indicate constant density cores with finite central densities $\rho_0$ and a flat density distribution within a core radius r$_0$. This paper investigates whether this core-cusp problem can be solved by fuzzy dark matter (FDM), a hypothetical particle with a mass of order m$\approx$10$^{-22}$eV and a corresponding de Broglie wavelength on astrophysical scales. We show that galaxies with CDM halo virial masses M$_{vir} \leq 10^{11}$M$_{\odot}$ follow two core scaling relations. In addition to the well known universal core column density $\Sigma_0 \equiv \rho_0 \times$r$_0$ = 75 M$_{\odot}$pc$^{-2}$ core radii increase with virial masses as r$_0 \sim$ M$_{vir}^{\gamma}$ with $\gamma$ of order unity. Using the simulations by Schive et al. (2014) we demonstrate that FDM can explain the r$_0$-M$_{vir}$ scaling relation if the virial masses of the observed galaxy sample scale with formation redshift z as M$_{vir}\sim$(1+z)$^{-0.4}$. The observed constant $\Sigma_0$ is however in complete disagreement with FDM cores which are characterised by a steep dependence $\Sigma_0 \sim$r$_0^{-3}$, independent of z. More high-resolution simulations are now required to confirm the Schive et al. simulations and explore especially the transition region between the soliton core and the surrounding halo. If these results hold, FDM can be ruled out as the origin of observed dark matter cores and other physical processes are required to account for their formation.
评论: 14页,1幅图,已接受发表于《天体物理学期刊》
主题: 星系的天体物理学 (astro-ph.GA) ; 宇宙学与非星系天体物理学 (astro-ph.CO)
引用方式: arXiv:2006.11111 [astro-ph.GA]
  (或者 arXiv:2006.11111v4 [astro-ph.GA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2006.11111
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abb242
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来自: Andreas Burkert [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2020 年 6 月 19 日 12:51:29 UTC (35 KB)
[v2] 星期六, 2020 年 7 月 4 日 12:07:58 UTC (35 KB)
[v3] 星期一, 2020 年 8 月 24 日 13:35:54 UTC (36 KB)
[v4] 星期二, 2020 年 11 月 24 日 21:54:22 UTC (36 KB)
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