Simulation studies of dark energy clustering induced by the formation of dark matter halos
在本文中，我们提出了一个模拟方法内的两个组件的球形坍缩模型来研究与暗物质晕的形成相关的暗能量扰动。考虑到它的快速和缓慢的增长被认为是通过施加合适的初始条件和各向同性维里化的球形坍缩过程的暗物质晕的现实质量吸积的历史。暗能量分量被视为由两个重要参数描述的理想流体，状态方程参数$w$和声速$c_s$。分析了$w>-1$的精髓模型。我们采用牛顿规范来描述时空的扰动主要是由一个暗物质晕的形成。研究发现，暗能量密度扰动$δ_{DE}$依赖于$w$和$c_s$，其行为与具有$δ_{DE}\approx -(1+w)Φ/c_s^2$的暗物质晕的引力势$Φ$密切相关.对于$w>-1$，在暗物质晕形成的整个过程中，从线性到非线性和维里化阶段，暗能量扰动与$δ_{DE}>0$呈现出成簇行为。$δ_{DE}$的值随晕质量的增加而增加。对于质量为$M\sim 10^{15} M_{\odot}$、$δ_{DE}\sim 10^{-5}$的簇，其在$c_s^2 \in [0.5, 1]$的维里化区域内，并且其可以达到具有$c_s^2=0.00001$的$δ_{DE}=O(1)$。对于标量场暗能量模型，我们发现通过适当的建模$w$和$c_s$，可以很好地用流体方法分析暗物质晕非线性形成过程中的扰动行为，从而证明了即使考虑到非线性暗物质结构形成阶段的扰动，流体描述对暗能量的有效性.
2011-12-19 astro-ph.CO
Dark MaGICC: the effect of Dark Energy on galaxy formation. Cosmology does matter
我们提出了Dark MaGICC项目，旨在通过流体动力学宇宙学模拟研究暗能量（DE）模型对星系形成的影响。Dark MaGICC包括四个动态暗能量场景，具有时变状态方程，其中一个具有自相互作用的Ratra-Peebles模型。在每一种情况下，我们模拟三个星系的高分辨率使用平滑粒子流体动力学（SPH）。重子物理模型与MaGICC项目中使用的重子物理模型相同，我们只改变了背景宇宙学。我们发现，暗能量参数化有一个令人惊讶的重要影响星系的演化和星系的结构特性在z=0，在与纯Nbody模拟的预测形成鲜明对比。不同的背景演化可以（取决于DE状态方程的行为）增强或淬灭恒星形成相对于LCDM模型，在一个类似的水平上的变化的恒星反馈参数化，具有强烈的影响最终的星系旋转曲线。虽然整体恒星反馈仍然是塑造星系的驱动力，我们表明，暗能量参数化的影响比以前认为的起着更大的作用，特别是在较低的红移。因此，必须考虑暗能量参数化对星系形成的影响，特别是在精确宇宙学时代。
2014-01-14 astro-ph.CO
Spontaneous formation of double bars in dark matter dominated galaxies
虽然近三分之一的棒星系拥有一个内部的次级棒，但双棒星系的形成和演化仍然不清楚。我们在这里展示了一个星系的例子模型，由一个活跃的暗物质晕主导，其中双棒自然形成，不需要气体，我们跟踪它的演化哈勃时间。在我们的模型星系中，内棒的旋转速度几乎和外棒一样慢，它可以达到它的长度的一半。形成双杆的途径可能与形成单强杆的途径不同。大质量的暗物质晕或动态热的恒星盘可能在双棒的形成及其随后的演化中起着重要的作用。
2013-04-26 astro-ph.CO
Early Black Hole Formation by Accretion of Gas and Dark Matter
我们提出了一个模型，在早期的暗物质晕中形成质量为10000 Msun的中等质量黑洞（IMBHs）。我们对吸积的原始恒星进行了详细的恒星演化计算，包括暗物质粒子的湮灭能。我们一直跟踪恒星核心的演化直到引力坍缩。我们表明，非常大质量的恒星，大到10000 Msun，可以形成在早期的暗物质晕。这类恒星非常明亮，Log L/Lsun > 8.2。它们在引力作用下坍缩形成IMBH。这些黑洞可能是早期超大质量黑洞形成的种子。
2009-09-07 astro-ph.CO
Effect of small scale density perturbations on the formation of dark matter halo profiles
借助一组玩具N体模型，我们研究了小尺度初始扰动对暗晕内部密度分布的影响。我们发现一个显着的平坦的内斜率$α={d \log ρ\over d \log r}$到$α=-0.5$在一定范围内的尺度和振幅的扰动（而在没有这些扰动的情况下，NFW配置文件与$α=-1$再现）。这种效应可能是形成无尖星系晕的原因。
2012-09-12 astro-ph.CO
Dark Matter and Galaxy Formation
2008年10月，我在里约巴西国家天文台的第十三届Ciclo de Cursos Especiais上做了四个讲座：（1）Lambda CDM宇宙中暗物质和结构形成的简史;（2）Lambda CDM在小尺度上的挑战：卫星、尖点和盘;（3）星系演化和聚类的数据与模拟的比较;（4）半解析模型。这些讲座本身就是许多人的许多工作的总结，在这里简要地总结一下。
2009-09-10 astro-ph.CO
Cosmological Structure Formation and Soliton Phase Transition in Fuzzy Dark Matter with Axion Self-Interactions
利用数值模拟研究了具有吸引自相互作用的模糊暗物质（FDM）中宇宙结构的形成。如果FDM玻色子是一个超轻的轴子，它具有很强的CP破缺尺度（衰变常数），那么这种SI就会出现。虽然很弱，但吸引SI可能足够强以抵消量子“压力”并改变结构形成。模拟结果表明，SI可以增强小尺度结构的形成，当孤子核超过临界质量时，孤子核发生相变，从稀孤子转变为密孤子。
2023-01-24 astro-ph.CO
Dwarf Galaxy Formation with H2-Regulated Star Formation: II. Gas-Rich Dark Galaxies at Redshift 2.5
我们提出了一个宇宙学流体动力学模拟的形成矮星系的红移z>~2.5使用的物理动机模型的H2调节的恒星形成。我们的模拟使用Enzo代码进行，在z=2.5时达到109适当秒差距的峰值分辨率，将Kuhlen等人的结果（2012）扩展到显著较低的红移。我们发现，由局部H2丰度调节的恒星形成处方导致了Mh <~ 10^10 Msun的矮星系晕中恒星形成的抑制，并导致了z=2.5的大量富含气体的“暗星系”，其恒星形成效率较低，气体耗尽时标>20 Gyr。在Mh ~ 10^10 Msun时，暗星系的比例为60%，并且随着晕质量的减小而迅速增加。暗星系形成较晚，它们的气体盘的表面密度永远不会达到大于5700 Msun /pc ^2（Z/10^-3 Zsun）^（-0.88）的水平，而这是形成大量分子所必需的。尽管有这么多的暗星系，我们表明，我们的H2调节模拟与观测到的星系的光度函数和宇宙学质量密度的中性气体在z>~2.5是一致的。此外，我们的研究结果提供了一个理论解释，最近检测到的荧光Ly-alpha发射的气体系统在高红移很少或没有相关的恒星形成。我们进一步提出，H2调节可能会提供一个新的解决方案，一些突出的“矮星系问题”在LambdaCDM。特别是，H2调节导致星系形成在Mh ~ 10 ^10 Msun的质量尺度上变得有效随机，因此这些大质量矮星不是“太大而不能倒”。
2013-08-12 astro-ph.CO
Formation of First Galaxies inside Density Peaks and Voids under the Influence of Dark Matter-Baryon Streaming Velocity, I: Initial Condition and Simulation Scheme
我们提出了一个系统的研究宇宙的变化，存在于第一个恒星和星系的形成。我们专注于宇宙的变化引起的大规模的密度和速度环境刻在时代的重组。密度环境主要由暗物质过密度决定，速度环境主要由暗物质-重子流速度决定。为此，我们引入了一个新的宇宙学初始条件发生器BCCOMICS，它解决了小尺度扰动下的大尺度密度和流速环境的准线性演化，并产生初始条件的暗物质和重子，无论是粒子或网格数据在一个特定的红移。我们还描述了一个计划来模拟密度峰值和空隙内的第一个星系的形成，其中一个局部环境被视为一个单独的宇宙。作为一个应用程序，在微晕数密度和冷却质量的量所产生的宇宙方差。密度峰值成为增强第一星系形成的场所，这与暗物质-重子流速度对结构形成的负面影响竞争。
2018-11-28 astro-ph.CO
Structure formation in warm dark matter cosmologies: Top-Bottom Upside-Down
波动谱上的阻尼和热速度的存在作为温暖的暗物质粒子（如无菌中微子）的特性，从结构形成机制到晕的内部结构，都留下了独特的印记。使用温暖的暗物质模拟，我们探讨了这些影响的结构形成不同的粒子能量，我们发现，结构的形成比原来假设的更复杂，自上而下的崩溃和层次（自下而上）集群在多个尺度上的组合。一个场景相对于另一个场景更突出的程度取决于粒子的能量和局部分析区域的形态和结构。暖暗物质晕中存在的壳层和焦散线是模拟中看到的另一个重要效应。此外，我们讨论了热速度对结构形成的影响，从理论上考虑，以及从模拟分析。我们重新审视的假设时，估计的速度分散的温暖的暗物质粒子，已通过在以前的作品超过十年，我们给出了一个独立的估计速度。我们发现一些不一致的地方在以前发表的结果。暖暗物质粒子质量与其相应的速度色散之间的关系强烈依赖于模型，因此模拟结果对粒子质量的约束很弱。最后，我们回顾了技术上的困难，出现在温暖的暗物质模拟的方法可能的改进。
2015-06-23 astro-ph.CO
A scalar field dark matter model and its role in the large scale structure formation in the Universe
在这项工作中，我们提出了一个暗物质模型的基础上标量张量引力理论。利用这个标量场暗物质模型，我们研究了宇宙中大尺度结构的非线性演化。支配宇宙尺度因子演化的方程与适当的牛顿方程一起导出，以遵循结构的非线性演化。结果给出的功率谱，给出定量信息的大尺度结构的形成。我们所使用的初始条件与所谓的协调$Λ$ CDM模型是一致的。
2012-03-27 astro-ph.CO
Generalized Layzer-Irvine equation: the role of dark energy perturbations in cosmic structure formation
本文利用球坍缩模型导出了一个广义的Layzer-Irvine方程，它可以用来描述暗能量背景下冷暗物质的引力坍缩。我们表明，通常的Layzer-Irvine方程是有效的，如果暗物质和暗能量是最低限度地相互耦合和暗能量分布是均匀的，独立于其状态方程。我们计算的标准Layzer-Irvine方程中出现的暗能量的不均匀性的存在下的修正。我们表明，在一个暗能量组件的情况下，与最新的观测约束一致的状态参数的恒定方程，这些修正预计是小的，即使暗能量有一个可以忽略不计的声速。然而，我们发现，在更一般的模型中，暗能量扰动对星系团动力学的影响，这将受到欧空局的欧几里得任务前所未有的精度，可能是显着的。
2013-05-26 astro-ph.CO
Effect of Dark Energy Perturbation on Cosmic Voids Formation
本文介绍了暗能量扰动对宇宙空洞形成和丰度的影响。我们认为暗能量是一种具有负压的流体，其特征在于恒定的状态方程w和声速$c^2_s$。通过求解暗物质和暗能量流体的流体方程，我们量化了暗能量扰动对顶帽空洞尺寸的影响。我们还探讨了基于偏移集理论的空洞的尺寸分布的影响。我们确认，暗能量扰动可以忽略不计的影响大小演变的空隙; $c^2_s = 0$变化的大小只有0.1%相比，均匀的暗能量模型。我们还证实，当w < -1时，暗能量扰动抑制了空隙尺寸，当$w > -1$时，增加了空隙尺寸（Basse等人，2011）。与对尺寸的影响可以忽略不计相比，我们发现，在大于10 Mpc/h的尺度上的尺寸分布函数高度依赖于暗能量扰动;与均匀暗能量模型相比，对于具有$w = -0.9$和$c^2_s = 0$的模型，半径为30 Mpc的大空隙的数量增加了25%，而对于具有$w = -1.3$和$c^2_s = 0$的模型，它们的丰度减少了20%。
2018-05-11 astro-ph.CO
Structure Formation Constraints on Sommerfeld-Enhanced Dark Matter Annihilation
我们研究宇宙结构的增长的假设下，暗物质自我湮灭的平均截面倍的相对速度的比例因子的增长，增加被称为Sommerd-enhancement。在暗区的轻力载体增强了暗物质粒子湮灭的截面的模型中，这种演化是可以预期的，并且已经被调用，例如，解释过去报道的宇宙射线光谱中的异常。为了使我们的结果尽可能具有一般性，我们假设暗物质湮灭成一个相对论性的物种，只与标准模型的引力相互作用。这一假设也使我们能够测试宇宙微波背景数据所支持的额外相对论性物质是否来自于暗物质湮灭。我们没有找到证据的索末菲增强暗物质湮灭，并得出相应的上限的湮灭截面。
2012-10-10 astro-ph.CO
Structure formation in inhomogeneous Early Dark Energy models
我们研究了早期暗能量波动对线性和非线性结构形成的影响。在这些模型中，暗能量的能量密度在高红移时是不可忽略的，并且暗能量分量的波动可以具有与暗物质波动相同的数量级。由于两个基本的近似通常采取的标准方案的精粹模型，即暗能量密度在物质占主导地位的时期和小尺度上的暗能量波动是可以忽略不计的，在这样的模型是无效的，我们首先研究近似的解析解的暗物质和暗能量扰动的线性制度。这一研究有助于为方程组找到一致的初始条件，有助于从解析的角度理解早期暗能量及其涨落的影响，并得到了数值验证。在线性区域，我们计算了与积分萨克斯-沃尔夫效应相关的物质增长和引力势的变化，表明这些观测量由于早期的暗能量涨落而呈现出重要的变化，尽管使它们更类似于$Λ$ CDM模型。我们还利用球形坍缩模型研究了早期暗能量涨落在结构形成的非线性区域中的影响，特别是对$δ_c$参数的影响，以及它们对晕质量的贡献，我们表明它们的贡献可以达到10%的量级。最后，我们计算了与$Λ$ CDM模型相比如何修改晕的数密度，并解决了如何修正质量函数以考虑聚集的暗能量的贡献的问题。我们的结论是，非均匀的早期暗能量模型更类似于$Λ$ CDM模型比它的均匀同行。
2014-03-12 astro-ph.CO
Numerical Evidence for Dark Star Formation: A Comment on "Weakly Interacting Massive Particle Dark Matter and First Stars: Suppression of Fragmentation in Primordial Star Formation" by Smith et al. 2012, ApJ 761, 154
这篇评论旨在表明史密斯等人的模拟（S12）支持暗星（DS）场景，甚至消除了一些潜在的障碍。我们之前的工作表明，第一平衡态DS的初始氢密度很高，对于100 GeV的WIMP，初始氢密度约为10^{17}/cm ^3，恒星半径约为2-3 AU。后来的作者不知何故错过了平衡DS具有高密度的事实。S12已经数值模拟了暗物质湮灭对形成第一颗恒星的原恒星气体云收缩的影响。结果表明，密度约为5 × 10^{14}/cm ^3，略高于湮灭加热优于冷却时的密度值。然而，它们显然无法达到我们的流体静力学DS溶液的~10^{17}/cm ^3密度。我们完全同意他们的物理结果，即气体不断坍缩到密度> 5 × 10^{14}/cm ^3，因为在平衡DS形成之前它必须坍缩。然而，我们不同意他们的论文中的一些话，这意味着DS永远不会存在。在我们看来，S12支持DS场景。他们使用下沉粒子方法来处理坍缩到比其分辨率极限更小的尺度的气体。我们认为，他们的水槽是有效的DS，或包含一个。当更多的物质落在下沉处时，就会形成一个吸积盘，DS也随之增长。S12不仅证实了我们在模拟适用范围内对DS的预测，而且通过显示暗物质湮灭阻止了坍缩气体的碎裂，解决了DS形成的潜在障碍。尽管碎裂可能会干扰暗物质远离DS，并消除其电源，相反，S12表明，进一步的下沉，如果有的话，只形成足够远的距离，使DS在其舒适的暗物质环境中不受干扰。
2013-04-28 astro-ph.CO
Breaking the UV Luminosity Function Degeneracy:Self-Interacting Dark Matter Constraints from Reionization Topology
University of Oxford（牛津大学）；Shanghai Astronomical Observatory, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海天文台）
本文通过再电离拓扑证明自相互作用暗物质约束不再退化，利用JWST和SKA1-Low数据排除或检测特定暗物质参数。
2026-04-21 astro-ph.CO
Effect of Streaming Motion of Baryons Relative to Dark Matter on the Formation of the First Stars
我们评估的重子和暗物质之间的超音速相对速度的第一气体云在z < 50的热和密度演化的效果。通过一系列的宇宙学模拟，初始化在z=100与一系列的相对流动速度和minihalo形成红移，我们发现，典型的流动速度将有气体演化的影响很小。一旦坍缩开始，气体的后续演化将与没有流的情况几乎无法区分，恒星形成仍将以相同的方式进行，特征性的Pop III恒星质量没有变化。预计再电离主要是由质量大于10^8太阳质量的晕所控制，因此流的预期影响可以忽略不计。
2011-02-01 astro-ph.CO
Testing cosmological structure formation in a Unified Dark Matter-Energy model with fast transition
Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa（里斯本大学理学院空间科学与天体物理研究所）；Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa（里斯本大学理学院物理系）；Universidad de Castilla-La Mancha（卡斯蒂利亚-拉曼查大学）
研究快速转变的统一暗物质-暗能量模型，利用CMB和弱引力透镜数据通过嵌套采样推断，发现早期快速转变区域与ΛCDM极限一致，证实该模型能形成与数据兼容的宇宙结构。
2026-07-01 astro-ph.CO
The CIDER simulations: Nonlinear structure formation in the Constrained Interacting Dark Energy Scenario
我们首次提出了一套宇宙学模拟的一个特定的类的相互作用的暗能量宇宙学的背景膨胀的历史限制，从$Λ$ CDM无法区分。这种受约束的相互作用暗能量场景-或CIDER -最近由Barros等人提出。2019年，并且具有在后期抑制结构形成的吸引人的特征，从而可能减轻持续的$σ_{8}$张力，同时使背景观测不受影响。评估这种情况的可行性的一个关键步骤是通过量化它们在非线性尺度上对结构形成的影响来表示，这就是我们开始研究的模拟在本工作中讨论。我们表明，-合理的参数选择-重建的标量势是接近指数的物质占主导地位的时代，在这些模型中的结构的非线性演化的印记物质和晕统计，可能允许打破退化与标准的宇宙学参数的具体足迹。
2022-07-22 astro-ph.CO
Dark matter halo formation in the multicomponent dark matter models
本文研究了一组具有初始扰动功率谱的宇宙学无碰撞N体模拟，并讨论了核尖和卫星问题。在所研究的功率谱上，一些尺度的波动被抑制。这样的光谱特征可能是由多组分暗物质造成的。测量了五个最大晕的密度剖面最内分辨斜率$α\equiv d \log(ρ) /d \log(r) $，并追踪了其对抑制参数的依赖性。在一定的参数范围内，斜率从初始值约-1.2变平到-0.6，甚至在一种情况下变平到-0.2。这定性地表明：（i）轮廓形状取决于初始功率谱，以及（ii）这种效应可能是负责核心尖点问题的解决方案。初始功率谱的某些部分的抑制也导致了大量的次晕的数量减少。
2013-06-13 astro-ph.CO
Formation of Dark Matter Haloes in a Homogeneous Dark Energy Universe
几个独立的宇宙学实验已经证明，宇宙的能量密度是由一个暗能量成分主导的，这导致了目前的加速膨胀。大尺度结构的形成可以用来探索暗能量模型，而暗物质晕的质量函数是进行这一研究的最佳统计工具之一。在Percival（2005）提出的均匀暗能量模型下，利用观测的限流X射线星系团巡天和来自WMAP的CMB数据，对星系的质量函数进行了统计分析。在我们的分析中，我们比较了标准的Press-Schechter（PS）方法（其中高斯分布用于描述质量函数的原始密度波动场）和PL（幂律）质量函数（其中我们将非扩展q统计分布应用于原始密度场）。我们得出结论：PS质量函数不能同时解释X射线和CMB数据（即使在99%置信水平下），PS最佳拟合的暗能量状态方程参数是$ω=-0.58$，这与宇宙学常数的情况有较大的距离. PL质量函数提供了更好的适合HIFLUGCS X射线星系数据和CMB数据，我们还注意到，$ω$参数是非常敏感的PL自由参数，$q$的修改，这表明PL质量函数可能是一个强大的工具来约束暗能量模型。
2010-04-29 astro-ph.CO
Structure Formation under Inelastic Two-Component Dark Matter: Halo Statistics and Matter Power Spectra in the High-$z$ Universe
University of Kansas（堪萨斯大学）；Troy University（特洛伊大学）；University of Florida（佛罗里达大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Princeton University（普林斯顿大学）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of Virginia（弗吉尼亚大学）
本研究通过双组分暗物质模型模拟，发现其在高红移宇宙中抑制了结构形成，且非引力相互作用在结构形成中起稳健作用。
2025-09-30 astro-ph.CO
On structure formation from a small-scales-interacting dark sector
我们考虑一个暗物质和暗能量相互作用的宇宙学模型，它不影响背景宇宙学，只影响扰动的演化。这是通过引入一个以暗物质和暗能量的相对速度给出的耦合来实现的。这种相互作用的显著特点是主要出现在小尺度上，在这种情况下，特殊的速度可能变得很重要。我们面对的宇宙观测模型的预测，并找到一个潜在的缓解已知的紧张局势的密度扰动的振幅测量的低红移星系调查和普朗克数据。该模型还预测了在营业额的物质功率谱，这并不依赖于地平线在平等（固定的背景宇宙学，因此，不受扰动），完全是由于暗物质和暗能量之间的相互作用。重子和暗物质之间的特殊速度的偏差也被证明是这种类型的相互作用在暗区的一个独特的功能。
2019-08-20 astro-ph.CO
Understanding the Formation of Galaxies with Warm Dark Matter
本文通过绝热近似和弛豫方法，逐步构建暖暗物质星系形成理论，并用旋涡星系旋转曲线验证，从而约束暗物质粒子性质。
2023-10-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraint on dark matter annihilation with dark star formation using Fermi extragalactic diffuse gamma-ray background data
有人提出，在第一代恒星的形成过程中，可能存在一个“暗星”阶段，其中恒星的能量来自于暗物质湮灭。绝热收缩形成暗星的过程同时会导致宿主晕的密度分布高度集中，这可能会增强对暗物质的间接探测信号。在这项工作中，我们调查了银河系外的PDMATHAMM射线背景的暗物质湮灭与这样的暗恒星形成的情况下，并采用各向同性$γ$射线数据从费米-LAT约束的模型参数的暗物质。结果受到第一代恒星的形成速率和暗恒星宿主晕的后续演化效应的很大不确定性。我们发现，在通过暗物质湮灭产生$γ$射线的最乐观的情况下，预期的河外$γ$射线通量将增强1-2个数量级。在这种情况下，超对称暗物质的湮灭截面可以被限制在热产生水平，而用来解释正电子/电子过剩的轻子暗物质模型可以被很好地排除。相反，如果正电子/电子过剩是暗物质湮灭的起源，那么早期宇宙的环境是这样的，没有暗恒星可以形成。
2011-04-19 astro-ph.CO hep-ph
Understanding the suppression of structure formation from dark matter$\unicode{x2013}$dark energy momentum coupling
标量场暗能量通过纯动量耦合与暗物质相互作用的模型先前已经被发现可能缓解早期和晚期宇宙观测之间的结构形成张力。在这篇文章中，我们将探讨这一特征背后的物理机制。我们认为，解析的微扰增长方程意味着抑制的结构增长，说明我们的讨论与数值计算。然后，我们概括了以前研究的二次耦合之间的暗能量和暗物质到一个更一般的幂律的情况下，也允许的斜率的暗能量指数潜力的变化。我们发现，结构生长抑制是幂律耦合的一个通用功能，它可以在一个参数值的范围内，比以前发现的要大。
2020-02-12 astro-ph.CO gr-qc
Light majoron cold dark matter from topological defects and the formation of boson stars
我们表明，对于一个相对较轻的majoron（$\ll 100 $ eV）非热生产拓扑缺陷是一种有效的生产机制。以I型跷跷板为基准方案，我们估计了原始majoron丰度，并确定了所需的参数选择，它可以解释所观察到的宇宙学暗物质。后者与统一的规模是一致的。本文还讨论了在未来的实验中可能直接探测到的轻majorons，如PIMMY和从majoron暗物质中形成玻色子星。
2019-09-13 astro-ph.CO hep-ph
The critical dark matter halo mass for Population III star formation: dependence on Lyman-Werner radiation, baryon-dark matter streaming velocity, and redshift
第三星族恒星的临界暗物质晕质量（$M_{\rm crit}$）可以定义为典型的最小晕质量，它包含了第一颗恒星形成所需的足够冷的致密气体。Lyman-Werner（UV）辐射的存在，可以离解分子氢，以及重子-暗物质流动速度都通过增加$M_{\rm crit}$来延迟Pop III星的形成。在这项工作中，我们约束$M_{\rm crit}$作为莱曼-维尔纳通量（包括自屏蔽），重子-暗物质流，和红移的函数使用宇宙学模拟与大样本的晕，利用自适应网格细化（AMR）代码ENZO。我们提供了一个适合的$M_{\rm crit}$作为这些量的函数，我们希望是特别有用的早期星系形成的半解析模型。此外，我们发现：（i）在没有辐射或流的情况下，测得的$M_{\rm crit}$的红移依赖性是$(1+z)^{-1.58}$，与恒定维里温度一致;（ii）增加紫外背景会增加$M_{\rm crit}$，同时使红移依赖性变陡，直至$(1+z)^{-5.7}$ ;（iii）重子-暗物质流增强了$M_{\rm crit}$，但使对红移的依赖性变平;（iv）这两种效应的结合并不是简单的倍增。
2020-10-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Structure formation with scalar field dark matter: the field approach
我们研究了宇宙结构的形成，假设暗物质可以用一个具有势$V(Φ)=-\mathfrak{m}^{2}\tildeΦ^{2}/2+λ\tildeΦ^4/4$的标量场$\tildeΦ$来描述。我们导出了线性扰动下标量场的演化方程。我们研究了早期宇宙中这个标量场的对称性破缺和可能的相变。在低温下，标量扰动具有振荡增长模式，因此，这种暗物质可能导致引力结构的形成。为了研究这种非线性机制，我们采用球形坍缩模型，证明了在二次势极限下，这种暗物质可以形成维里化结构。与传统的冷暗物质范式的主要区别在于，在标量场模型中，结构的形成可以发生在更早的时间。因此，如果暗物质是标量场性质的，我们期望有大的星系在高红移。
2012-09-01 astro-ph.CO gr-qc
Degeneracies between baryons and dark matter: the challenge of constraining the nature of dark matter with JWST
詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）将彻底改变我们对早期星系形成的理解，并可能对暗物质的性质设置严格的限制。我们使用星系形成的半经验模型来研究重子物理学中的不确定性在多大程度上可能退化与两种不同的暗物质模型的预测-冷暗物质（CDM）和7 keV的无菌中微子，它的行为是温暖的暗物质（WDM）。我们的模型被校准到观测到的紫外光度函数在$z=4$使用两个单独的尘埃衰减处方，表现为高和低的恒星形成效率在低质量晕。我们发现，而在恒星形成效率，$\varepsilon$，有显着的差异，在两个暗物质模型在高$z$暗星系的丰度，这些差异很容易模仿不同的$\varepsilon$在同一个暗物质模型。我们发现，一个高$\varepsilon$ WDM和低$\varepsilon$ CDM模型-这提供了同样好的拟合$z=4$紫外光度函数-表现出几乎相同的宇宙恒星质量和恒星形成率密度的演变。我们发现，在固定的恒星质量的恒星形成率的差异较大的PDMATHAMN在一个给定的暗物质模型的变化比它们之间的暗物质模型，但是，恒星形成率的分散是更大的两个模型之间的比他们是当改变$\varepsilon$。我们的结果表明，JWST在约束高$z$星系中的重子过程方面可能比在约束暗物质的性质方面更有信息量。
2020-10-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Hidden Treasures: sterile neutrinos as dark matter with miraculous abundance, structure formation for different production mechanisms, and a solution to the sigma-8 problem
我们讨论了产生不育中微子的许多机制，这些中微子可以解释所有或一部分暗物质，并且可以从温暖到有效冷的暗物质，这取决于宇宙学的情况。我们研究了希格斯玻色子衰变产生、高温下$(B-L)$规范玻色子产生以及共振和非共振中微子振荡产生。我们在这些模型中计算结构形成的影响，有些是第一次。如果两个不育中微子群，一个是热的，一个是冷的，是由不同的机制产生的，或者如果不育中微子只占暗物质的一小部分，而其余的是其他一些冷的暗物质粒子，那么所产生的多组分暗物质可能会减轻星系形成中的一些问题。我们检查的X射线约束和候选信号在3.5千电子伏。最后，我们还表明，$σ_8$问题可以是一个签名的分数暗物质的形式在几种机制中的不育中微子。
2019-10-23 astro-ph.CO hep-ph
QCD-driven dark matter: AQNs formation and observational tests
The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
本文提出QCD-AQN框架，探讨暗物质由夸克与反夸克物质密集聚集体构成，并结合观测约束与测试，统一解释暗物质与物质-反物质不对称性。
2026-04-02 astro-ph.CO hep-ph
Spherical Collapse Approach for Non-standard Dark Matter Models and Enhanced Early Galaxy Formation in JWST
本文利用球塌缩方法研究两类具有非零状态方程的替代暗物质模型对非线性结构形成的影响，并结合JWST观测探讨其提升早期星系形成效率的潜力。
2024-09-07 astro-ph.CO hep-th
Spherical Collapse and Halo Formation in a Cosmology with Decaying Dark Matter and a Semi-Cosmographic Dark Energy
Birla Institute of Technology and Science, Pilani（比拉理工学院，皮拉尼）
研究结合单粒子衰变暗物质与半宇宙学重构暗能量的宇宙学模型中非线性结构形成，利用DESI DR1数据约束背景演化，通过球状坍缩和晕丰度计算揭示暗物质衰变和动态暗能量对结构增长的影响。
2026-06-26 astro-ph.CO hep-ph
Light dark photon and fermionic dark radiation for the Hubble constant and the structure formation
基于哈勃常数$H_0$和结构增长$σ_8$在$Planck$结果和其他低红移测量结果之间的紧张关系，我们讨论了暗物质（DM）通过轻规范玻色子（暗光子）与费米子暗辐射（DR）相互作用的暗扇区模型的一些宇宙学效应.这类模型在粒子物理中是非常普遍的，具有暗扇区和暗规范对称性。由于光暗光子和费米子DR的作用，中微子的有效数增加了$δN_{eff} \sim 0.5$，从而解决了$H_0$中的矛盾。DM和DR之间的弹性散射抑制DM的密度扰动，但没有声学振荡。对于$100$ GeV附近的弱相互作用DM，新的规范耦合应该是$\sim 10^{-4}$，才能对物质功率谱产生相当大的影响，从而松弛$σ_8$中的张力。
2016-10-05 astro-ph.CO hep-ph
Dark energy with a gradient coupling to the dark matter fluid: cosmological dynamics and structure formation
我们考虑了暗能量与暗物质相互作用的标量场模型，通过与标量场的四阶导数的收缩和暗物质流体的四阶速度成比例的耦合。耦合实现在拉格朗日水平采用标量流体理论的形式主义，它使用一致的拉格朗日相对论流体的方法来描述暗物质。这个框架产生了完全协变的场方程，我们可以从中推导出明确的宇宙学方程在背景和线性扰动水平。背景演化的详细分析应用动力系统技术，使我们能够找到完整的渐近行为的宇宙给定的任何一组模型参数和初始条件。此外，我们研究线性宇宙学扰动调查宇宙结构的增长准静态近似。我们发现，这些相互作用的暗能量模型引起了有趣的唯象动力学，包括晚时间从暗物质到暗能量统治，物质和加速标度解和动力学跨越的幻影障碍。此外，我们得到了可能的偏离标准$Λ$ CDM行为的线性扰动水平，这对结构形成的动力学有影响，并可能提供特征观测签名。
2017-07-28 astro-ph.CO gr-qc
Simulations of core formation for frequent dark matter self-interactions
我们提出了第一个$N$ -体模拟，适应平滑粒子流体动力学方程，以捕捉暗物质自相互作用的影响，这是太频繁，明确解决。导出了相应的能量传递方程，确定了合适的导热系数，并研究了不同光滑核的影响。我们应用我们的框架来模拟孤立的暗物质晕中等温核的形成，并确定作为自散射截面的函数的核增长率。我们的方法可以与罕见散射的显式模拟相结合，以便在未来的宇宙学模拟中准确模拟任意暗物质自相互作用的影响。
2019-10-21 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter response to galaxy formation
我们已经重新模拟了宝瓶座计划的六个星系大小的晕，包括金属依赖冷却，恒星形成和超新星反馈。这使我们不仅可以研究暗物质晕如何响应星系形成，而且还可以研究这种响应如何受到晕组装历史细节的影响。与以前的工作一致，我们发现重子凝聚导致增加的暗物质浓度。暗物质密度分布在不同的晕圈形状上有很大的不同，但在所有情况下，速度色散随半径单调减小。一些晕显示出近似恒定的暗物质速度各向异性与$ β\approx 0.1-02$，而其他保留的各向异性结构的重子自由版本。我们的大多数晕在它们的内部区域变得近似扁圆，尽管少数保留了它们的无耗散对应物的形状。当包含重子时，赝相空间密度随蚀变斜率半径的变化服从幂律。暗物质密度分布的形状和浓度不能很好地再现已发表的绝热收缩模型。我们发现，在我们的晕的密度和运动学结构的显着传播似乎与它们的形成历史的差异。这种差异已经影响了无重子模拟的最终结构，但它们因包含重子而得到加强，并产生了新的特征。在星系内部的暗物质结构可以用来约束宇宙学模型或暗物质的性质之前，需要更好地理解星系形成的细节。
2010-04-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Antideuteron Limits on Decaying Dark Matter with a Tuned Formation Model
我们以三线性R宇称破坏（RPV）算符的超对称模型中的引力子为例，研究了衰变暗物质中反氘核的产生。用于反氘形成的模型所示，诱导大的不确定性，在预测的通量，宇宙射线传播模型的不确定性。我们通过调整蒙特卡罗模拟中的强子化和合并参数来改进形成模型，以更好地再现与反氘产生相关的强子谱。根据目前的界限通量和未来的前景，从AMS-II和GAPS实验，我们设置限制RPV耦合作为引力子质量的函数。
2014-05-14 astro-ph.CO hep-ph
Structure Formation after Reheating: Supermassive Primordial Black Holes and Fermi Ball Dark Matter
本文研究暴胀子衰变产生的不对称费米子在 Yukawa 力作用下于辐射主导期成团、冷却并坍缩，给出形成超大质量 PBH 或 Fermi 球的判据及暗物质解释。
2023-12-07 astro-ph.CO hep-ph
Warm FIRE: Simulating Galaxy Formation with Resonant Sterile Neutrino Dark Matter
我们研究了暖暗物质（WDM）宇宙学对矮星系形成的影响，通过一套宇宙学流体动力学放大模拟$M_{\rm halo} \approx10^{10}\,M_{\odot}$暗物质晕作为现实环境反馈（FIRE）项目的一部分。本文的一个主要重点是评估暗物质物理学和恒星反馈对冷暗物质（CDM）模型中发现的众所周知的小尺度问题的综合影响。我们发现在CDM和WDM模型中，星系的$z=0$恒星质量与其宿主暗物质晕形成时的中心密度$z_{\rm f}$有很强的相关性。WDM晕遵循与CDM相同的$M_{\star}(z=0)-V_{\rm max}(z_{\rm f})$关系，但它们形成较晚，中心密度较低，因此包含的星系质量小于CDM对应星系。因此，重子效应对中心引力势的影响相对于CDM来说通常是减小的。然而，WDM中延迟形成和来自恒星反馈的能量输入的组合导致暗物质轮廓具有较低的整体密度。这里研究的WDM星系比CDM中模拟的相同系统具有更广泛的恒星形成历史（SFH）多样性，并且两个最低的$M_{\star}$ WDM星系在后期形成了所有的恒星。因此，发现年轻的超微弱矮星系，没有古老的恒星形成-这在我们的CDM模拟中不存在-将提供支持WDM的证据。
2018-03-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
The response of dark matter haloes to elliptical galaxy formation: a new test for quenching scenarios
我们使用SPH程序对四个质量为M_{200} \sim 10^{13} \Msun的晕进行了宇宙学流体动力学放大模拟，研究了暗物质对椭圆星系形成的响应。我们的模拟包括金属丰度依赖的气体冷却，恒星形成，和反馈的大质量恒星和超新星，但不活动星系核（AGN）。在z=2的祖先星系的恒星晕质量比符合晕丰度匹配，假设萨尔彼得初始质量函数。然而，当z=0时，标准运行会受到众所周知的过冷问题的影响，将恒星质量高估了4倍以上。为了模拟抑制性晕淬灭的场景，在我们的强制淬灭（FQ）模拟中，冷却和恒星形成在z=2时关闭。由此产生的z=0星系的恒星质量，大小和圆周速度接近观察到的。相对于控制模拟，FQ模拟中的暗物质晕已经收缩，中心暗物质密度斜率d \log ρ/d \log r \sim-1.5，表明单独的干合并不能完全逆转z>2时发生的收缩。然而，在文献中的模拟活动星系核反馈，发现膨胀或没有净变化的暗物质晕。因此，暗物质晕对星系形成的反应可能提供一个新的测试，以区分喷射和抑制淬火机制。
2015-07-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Exploring the Dark Age: Star and Galaxy formation in the Early Universe
本研究探讨了宇宙黑暗时代的星系际介质热力学、分子氢冷却与引力坍缩，分析了Ly$α$和[C II]发射线作为早期星系演化诊断手段的作用，为解释高红移观测提供了理论框架。
2024-12-21 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dwarf Galaxies in 2010: Revealing Galaxy Formation's Threshold and Testing the Nature of Dark Matter
在过去五年中，对斯隆数字巡天数据的搜索使银河系已知矮卫星星系的数量增加了一倍多，并揭示了一批亮度小于典型球状星团L ~ 1000 Lsun的超暗星系。这些系统是宇宙中最暗、最暗物质占主导地位、最缺乏金属的星系。完整性修正表明，我们正处于星系现象学中一个巨大发现空间的边缘，随着未来仪器寻找星系形成的低光度阈值，将发现数百个这样的极端星系。这种以暗物质为主的矮星探测小尺度功率谱，对暗物质的相空间填充提供最严格的限制，并为暗物质间接探测实验提供特别有用的目标。要充分利用矮星系作为暗物质实验室，就需要深度、大面积的光度测量研究之间的协同作用;用下一代光学望远镜进行光谱和天体测量的后续研究;随后用伽马射线望远镜进行观测，以间接探测暗物质。
2009-02-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Structure formation in $f(R)$ gravity: A distinguishing probe between the dark energy and modified gravity
在这项工作中，我们研究了大尺度结构的形成在修改的重力在Palatini形式主义的框架，并比较结果与等效光滑暗能量模型作为一种工具，以区分这些模型。通过反演方法，我们重建了宇宙动力学、修正的引力作用以及屏蔽质量函数和引力滑移参数等结构形成指标。因此，我们提取的物质密度功率谱这两个模型的线性政权，并表明，修改后的重力和暗能量模型的预测是略有不同的彼此在大尺度。与暗能量模型不同，修正引力模型中的增长指数是一个尺度相关的参数。我们还将所得结果与度规形式中的修正引力的结果进行了比较。对结构形成的修改也可以在大尺度上改变CMB谱，但是由于宇宙的变化，很难检测到这种特征。我们表明，大量的SNIa数据在2000年的顺序将使我们能够重建修改的重力作用与适当的置信水平和测试宇宙加速模型的结构形成。
2010-11-28 astro-ph.CO gr-qc
Frequency of the dark matter subhalo collisions and bifurcation sequence arising formation of dwarf galaxies
本研究通过解析估计与数值模拟，揭示了含气体暗物质子晕碰撞频率及不同速度下形成暗物质主导星系、暗物质缺失矮星系或无星系的分叉机制。
2023-08-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Distinguishing thermal histories of dark matter from structure formation
本文通过建立暗物质现今速度与产生机制的联系，利用结构形成观测约束其退耦温度和相空间分布，并展示未来精确数据可区分或排除 freeze-in 与 freeze-out 等暗物质热历史场景。
2024-01-15 astro-ph.CO hep-ph
Implications of multi-axion dark matter on structure formation
本文开发精确玻尔兹曼代码，研究冷暗物质与双轴子混合模型的结构增长，提出有效单轴子描述并推广至多轴子，与温暗物质比较，并计算晕质量函数。
2023-06-24 astro-ph.CO gr-qc
Structure Formation with Scalar Field Dark Matter: The Fluid Approach
我们可以非常详细地观察到附近星系的性质，这表明，一个比冷暗物质（CDM）更好的理论，将以更好的方式描述一种机制，通过这种机制，物质更快地聚集成大尺度结构，如星系和星系群。在这项工作中，我们开发和模拟的流体动力学方法在宇宙中的早期形成的结构，这种方法是基于这样一个事实，即暗物质是在某种形式的标量场（SF）的潜力，去为$μ^2Φ^2/2+λΦ^4/4$，我们希望来自SF的波动将给我们一些信息，我们观察到的物质分布这些天。
2011-05-12 astro-ph.CO gr-qc
Shallowed cusp slope of dark matter in disc galaxy formation through clump clusters
尖核问题是银河系暗物质晕中一个有争议的问题。宇宙学的N体模拟已经证明银河系的暗物质晕在中心有一个尖形的密度分布。然而，重子物理学可能会影响暗物质的密度分布。例如，有人认为重子气体的绝热收缩使暗物质尖点更陡。然而，这仍然是一个悬而未决的问题，如果气体落入银河系中心的平滑绝热方式。最近的数值研究表明盘星系在盘形成的早期可能经历团簇阶段，这也可以解释在高红移宇宙中观测到的团簇和链星系。本文利用孤立模型的数值模拟，研究了盘状星系形成过程中，暗物质晕是如何通过团簇阶段对重子成分的团簇性质作出响应的。我们的模拟结果表明，这样的团块相导致一个较浅的密度轮廓的暗物质晕在中心区域，而团块落入中心，由于动力学摩擦。这种机制有助于使维里质量大到5.0*10^11太阳质量的星系的中心暗物质密度轮廓变浅。这种现象是由恒星团与暗物质晕之间的动力学摩擦反应引起的。光环将团块吸引到银河系中心，同时被团块运动学加热。我们还运行了一个暗物质模拟，不包括重子分量，并确认由此产生的较浅的密度分布不是由于模拟中的数值伪影，如两体弛豫。
2011-08-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Suppressing structure formation at dwarf galaxy scales and below: late kinetic decoupling as a compelling alternative to warm dark matter
热暗物质宇宙学作为冷暗物质范式的替代方案已被广泛研究，其特征是在小宇宙尺度上抑制结构形成。如果标准的冷暗物质粒子与一种可能是暗物质的相对论粒子保持局部热平衡，直到宇宙冷却到千电子伏的温度，就会发生非常相似的情况。我们进行了系统的唯象研究这种可能性，并分类所有极小模型包含暗物质和任意的辐射成分，允许这样一个晚动力学解耦。我们恢复明确的情况下，最近在文献中讨论，并确定新的类的例子，是非常有趣的，从建模的角度来看。在其中一些模型中，暗物质不可避免地会自我相互作用，鉴于最近对这种可能性的观测支持，这是值得注意的。因此，暗物质模型具有后期动力学解耦的潜力，不仅可以缓解丢失卫星的问题，而且还可以解决小尺度宇宙学和谐模型的其他问题，特别是尖核和太大太失败的问题，在某些情况下，无需调用任何额外的输入。
2016-11-30 astro-ph.CO hep-ph
Predicting dark matter halo formation in N-body simulations with deep regression networks
暗物质晕在宇宙结构的形成中起着基础性的作用。对它们的装配机构建模的最常见方法是通过N体仿真。在这项工作中，我们提出了一种创新的途径，使用深度学习算法从初始密度场预测暗物质晕的形成。我们实现并训练一个深度卷积神经网络（DCNN）来解决检索拉格朗日补丁的任务，从该补丁中将凝聚出暗物质晕。通过欧氏距离变换，将体积多标签分类问题转化为回归问题。该网络由自适应版本的分水岭算法补充，以形成整个原晕识别管道。我们发现，将分割问题分成两个不同的子任务可以训练更小更快的网络，而管道的预测能力保持不变。该模型在来自单个完整N体模拟的合成数据上进行训练，并且在z=0时重建暗物质晕质量函数时，偏差约为10%。这种方法是一个很有前途的框架，学习在原始密度场的高度非线性关系。作为一个实际应用，我们的方法可以用来产生模拟暗物质晕目录直接从初始条件的N体模拟。
2019-12-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Bound-state formation for thermal relic dark matter and unitarity
研究表明，当暗物质质量超过几TeV时，热暗物质通过长程相互作用湮灭的残余丰度会受到早期宇宙中暗物质束缚态的形成和衰变的显著影响.我们确定所需的耦合，以获得所观察到的暗物质密度，同时考虑到直接2-2湮灭和形成的束缚态，并提供了一个分析拟合。我们认为，只有当暗物质通过长程相互作用湮灭时，才能实现非弹性截面上的么正性极限，并且我们确定热遗迹暗物质的质量上限为（非）自共轭暗物质约197（139）TeV。
2015-01-13 astro-ph.CO hep-ph hep-th
