The Effect of Particle Noise in N-body Simulations of Gravitational Lensing
高分辨率的纯暗物质模拟为研究引力透镜的宇宙结构形成模型的理论预言提供了一种现实的、完全通用的手段。由于粒子数量有限，密度场只有在局部平均粒子间间距的几倍以上的尺度上才变得平滑。这在引力透镜特性上引入了噪声，例如表面质量密度、偏转角和放大率。在一些小规模的质量限制，噪声由于离散的N体模拟变得可比的物理子结构的影响。我们提出了解析表达式来量化泊松噪声，并研究其缩放与模拟的粒子数和拉格朗日平滑大小。我们使用凤凰集的模拟，目前最大的可用的暗物质模拟集群研究有限的数值分辨率和引力强透镜效应的子结构。我们量化了最小的解析子结构，从这个意义上说，与噪声相比，子结构对任何强透镜性质的影响都是显着的，并且我们发现结果大致与强透镜性质无关。一个简单的缩放与N体模拟的分辨率的模拟中的最小解析子结构。
2012-11-14 astro-ph.CO
New Constraints on the Complex Mass Substructure in Abell 1689 from Gravitational Flexion
在最近的出版物中，发现弯曲孔径质量统计提供了一个强大而有效的方法，通过该方法可以映射星系团的子结构。此外，我们建议，结构的质量和质量剖面可以使用这种方法进行约束。在本文中，我们应用屈曲孔质量技术的HST ACS图像的阿贝尔1689。我们表明，屈曲孔质量统计是敏感的小规模的结构在集群的中心区域。虽然中央潜力是不受我们的方法，主要是由于缺少数据在中央0.5 $^\prime$的集群，我们能够把约束的群众和质量配置文件的突出子结构。我们确定了4个单独的质量峰，并在每种情况下使用峰值孔径质量信号和零信号半径来约束这些子结构的质量和质量分布。三个最大的峰表现出复杂的小尺度结构，由屈曲孔质量统计表示的质量表明，这三个峰代表了群集（$\sim 7\times 10^{14}h^{-1}M_\odot$）的主要子结构成分。它们的复杂结构表明，集群-远非放松-最近可能发生了合并。较小的次峰与星系团内的一组星系重合，质量为$\sim 1\times10^{14}h^{-1}M_\odot$。这些结果是在良好的协议与以前的子结构研究这个集群。
2010-12-07 astro-ph.CO
Gravitational Focusing and Substructure Effects on the Rate Modulation in Direct Dark Matter Searches
我们研究了太阳对暗物质的引力聚焦（GF）如何影响非定向直接暗物质搜索中预期信号的年度和两年调制，在局部暗晕中存在暗物质子结构.我们认为人马座流和一个可能的黑暗的磁盘，并表明，GF抑制一些，但不是所有的显着特点，将表征子结构的黑暗晕被GF忽略。
2015-07-27 astro-ph.CO hep-ph
Measuring the power spectrum of dark matter substructure using strong gravitational lensing
近年来，在强透镜扩展背景星系的图像附近探测单个暗物质暗晕已经成为可能。通常情况下，只有在强透镜区的最大质量的subhalo可以通过这种方式检测到。在这项工作中，我们表明，强透镜也可以用来限制人口众多的低质量subhalos太小，无法单独检测。特别是，我们表明，在星系晕投影密度波动的功率谱可以测量使用强引力透镜。我们开发了功率谱估计的数学框架，并测试我们的方法在模拟观测。我们使用我们的结果来确定所需的观测类型来测量具有高意义的子结构功率谱。我们预测，深观测（$\sim10$小时对一个单一的目标）与当前的设施可以测量这个功率谱在$3σ$水平，没有明显的退化与未知的块状背景源结构或波动的检测器噪声。即将进行的强透镜ALMA测量能够对暗物质晕下的丰度和暗物质的基本粒子性质施加强约束。
2014-12-09 astro-ph.CO
Mass reconstruction by gravitational shear and flexion
星系团被认为是研究宇宙学的极好探针。为此，需要测量它们的质量，并了解它们的结构特性。提出了一种结合强透镜、弱透镜剪切和弯曲信息的星系团质量重建方法。我们扩展了弱透镜分析的内部部分的集群，特别是，提高子结构的分辨率。我们使用模拟表明，该方法恢复的质量密度分布的集群。我们发现，弱透镜屈曲对亚结构敏感。在结合屈曲数据到联合弱和强透镜分析，我们可以解决与子结构的集群属性。
2010-08-18 astro-ph.CO
An analytic description of substructure-induced gravitational perturbations in stellar systems
本文通过解析联系恒星与暗物质分布，提出恒星功率谱按$k^{-4}$缩放，可用于评估恒星系统探测暗子结构的适宜性，并预测银河系恒星晕和盘对特定波数子结构的敏感性。
2024-03-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Anomalies in Time Delays of Lensed Gravitational Waves and Dark Matter Substructures
冷暗物质的分级大尺度结构的形成的情况下预测的存在丰富的subhalos周围的大型星系。然而，观测到的矮星系的数量与理论预测相差甚远，这表明大多数的暗晕可能是黑暗的或相当微弱的。引力透镜是一种强有力的工具，可以直接探测质量分布，而不管它是可见的还是暗的。强透镜类星体系统中的时间延迟异常与探测星系中暗物质亚结构的通量比异常是互补的。在这里，我们建议，透镜引力波检测的第三代地面探测器与相当准确的时间延迟测量可能是一个更好的工具，这项研究比传统的技术。结合高质量的图像的透镜的主机星系的电磁对应测量，透镜GW信号可以使系统误差所造成的暗物质子结构检测在百分之几的水平，这取决于它们的质量函数，内部分布的subhalos和透镜系统的配置。
2018-09-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Projecting the ultimate pulsar timing sensitivity to dark matter substructure in a stochastic gravitational wave background
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
提出结合蒙特卡洛信号模拟和机器学习替代似然的框架，统一分析脉冲星计时阵列对暗物质子结构（如原初黑洞和轴子迷你团）的灵敏度，并评估随机引力波背景的削弱影响。
2026-06-19 astro-ph.CO hep-ph
Noiseless Gravitational Lensing Simulations
原则上，DM粒子的微物理性质可以受到DM晕中子结构的性质和丰度的约束，如通过强引力透镜测量的那样。不幸的是，有一个缺乏准确的理论预测的子结构的透镜信号，主要是因为固有的N体模拟的离散噪声。在这里，我们提出了递归TCM，一种能够提供具有任意低离散噪声的透镜预测的方法，没有任何自由参数或平滑尺度。这种解决方案是基于一种新的方式来解释N体模拟的结果，其中粒子简单地跟踪拉格朗日相空间体积元素的演变和变形。我们讨论了这种方法的优势，广泛使用的云在细胞和自适应核平滑密度估计。应用新的方法，集群大小的DM晕模拟在温暖和寒冷的DM的情况下，我们展示了如何在他们的子结构人口的预期差异转化为收敛和放大地图的差异。我们预计，我们的方法将提供解释和充分利用强引力透镜观测所需的高精度理论预测。
2013-09-25 astro-ph.CO
Close Pulsar Pairs See Dark Matter Substructure through the Gravitational-Wave Background
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）
本文提出利用亚秒差距间距的脉冲星对抑制引力波背景噪声，从而显著提升对暗物质亚结构的探测灵敏度，并指出球状星团可提供此类脉冲星对。
2026-10-02 astro-ph.CO hep-ph
On the density profile of dark matter substructure in gravitational lens galaxies
本文考虑Navarro，Frenk和White（NFW）轮廓的三种扩展，研究了密度轮廓参数之间的内禀简并对卫星星系在高倍放大的爱因斯坦环上的引力透镜效应的影响。特别是，我们发现，重力成像技术可以用来排除所考虑的参数空间的特定区域，因此，预测在这些地区的大量卫星的模型。通过比较透镜简并与固有的密度分布简并，我们表明，理论预测的基础上，主要是在较大的半径的密度分布拟合可能会显着超过或低估的卫星的数量与引力透镜检测。最后，使用先前报道的引力透镜系统JVAS B1938+666中的卫星的检测作为一个例子，我们推导出这个检测到的卫星的r_max和v_max的值，对于每个考虑的配置文件，与银河系亮矮星卫星的参数在1 sigma内一致，并且质量密度斜率γ < 1.6。我们还发现，使用引力透镜测量的爱因斯坦半径内的卫星的质量是稳定的对假设的子结构配置文件。在未来，由于无线电波长基线干涉测量和光学E-ELT的角分辨率的提高，我们将能够对允许的子结构轮廓的数量设置更严格的限制。
2014-07-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Pulsar Timing Sensitivity to Dark Matter Substructure in the Presence of a Stochastic Gravitational-Wave Background
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of California, Berkeley（加利福尼亚大学伯克利分校）；University of California, San Diego（加利福尼亚大学圣地亚哥分校）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）
研究脉冲星计时阵列通过脉冲到达时间的小偏移探测暗物质子结构，分析随机引力波背景如何降低其对暗物质子结构的敏感性，推导相关可观测量并建立信噪比框架，得出简单缩放关系并计算灵敏度。
2026-07-07 astro-ph.CO hep-ph
On the Power Spectrum of Dark Matter Substructure in Strong Gravitational Lenses
研究宇宙中最小的自束缚暗物质结构可以为暗物质的基本粒子性质提供重要线索。银河系尺度的强引力透镜效应提供了一种独特的方法来探测和表征银河系宇宙学距离上的暗物质亚结构。在冷暗物质（CDM）的范例内，透镜星系内的低质量subhalos的数量预计是大的，这意味着他们的透镜会聚场的贡献是近似高斯，因此可以描述其功率谱。在这里，我们开发了一个一般的形式主义计算从第一性原理的子结构收敛功率谱不同人口的暗物质subhalos。作为一个例子，我们将我们的框架，以两个不同的subhalo人口：截断Navarro-Frenk-White subhalo人口的动机标准CDM，和截断核心subhalo人口的动机自相互作用的暗物质（SIDM）。我们详细研究了次晕丰度、质量函数、内部密度分布和浓度如何影响子结构功率谱的振幅和形状。我们确定的功率谱是最敏感的subhalo丰度和时刻的质量函数的特定组合，以及分析中包括的最大subhalos的平均潮汐截断尺度。有趣的是，我们发现，在大波数的子结构功率谱的渐近斜率反映了内部的密度分布的subhalos。特别地，SIDM功率谱在CDM功率谱中不存在的大波数处表现出特征陡峭化，从而打开了使用这种可观察的（如果可以测量的话）来辨别这两种情况的可能性。
2018-01-08 astro-ph.CO hep-ph
Trans-Dimensional Bayesian Inference for Gravitational Lens Substructures
我们介绍了贝叶斯解决方案的问题时，透镜星系可能包含多个黑暗或微弱的子结构推断强引力透镜的密度分布。源和透镜模型基于未知数量的非负基函数（或“斑点”）的叠加，其形式以速度作为主要标准来选择。该方法分层地确定了二进制大对象属性的先验分布，因此子结构的质量函数是该方法的自然输出。我们使用扩散嵌套采样（DNS）中的可逆跳马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）对后验分布进行采样，并评估模型的边缘似然性，包括源和透镜中未知数量的斑点的总和。我们在两个模拟数据集上演示了该方法：一个具有单个子结构，另一个具有十个子结构。我们还将该方法应用到“宇宙马蹄铁”系统的g-波段图像，并找到了大于零的子结构的证据。然而，这些具有大的空间范围，并且可能仅指向模型中的错误指定（诸如平滑透镜组件的形状或点扩散函数），这难以完全一般性地防范。
2015-10-09 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Detection of substructure with adaptive optics integral field spectroscopy of the gravitational lens B1422+231
强引力透镜可以用来探测低质量的subhalos，根据图像通量和位置的偏差，从什么可以实现一个平滑的质量分布。到目前为止，这种方法一直受到限制的（无线电大声，微透镜免费）系统，可以分析的存在下的子结构的数量很少。利用引力透镜B1422+231，我们证明了自适应光学积分场光谱学也可以用来探测暗子结构。我们分析获得的数据与OSIRIS的凯克我望远镜，使用贝叶斯方法，占有关的不确定性的点扩散函数和图像的位置在单独的曝光。窄线[OIII]通量测量的透镜图像是一致的，在无线电中测量，并显示出显着的偏差，从预期的平滑的质量分布，与扰动的低质量晕的存在相一致。详细的透镜模拟表明，当透镜被模拟为一个系统时，图像通量和位置的拟合明显更好，该系统除了主晕之外还包含一个扰动子晕，而不是由主晕本身来模拟，这表明子结构的显著检测。在600 pc范围内的扰动质量的68%置信区间分别为：8.2 $^{+0.6}_{-0.8}$，8.2 $^{+0.6}_{-1}$和7.6 $\pm0.3$ $\log_{10}$ [M $_{\rm{sub}}$ /M $_\odot$ ]，对于单一等温球，伪Jaffe和NFW质量分布。这种方法可以扩展到几乎所有的四重成像类星体的流量比异常的研究，因此提供了很大的潜力，以提高在不久的将来确定的晕下质量函数。
2014-05-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Detection of a Dark Substructure through Gravitational Imaging
我们报告了通过直接引力成像在SLACS SDSSJ 0946 +1006（“双爱因斯坦环”）的引力透镜星系中检测到一个黑暗的子结构（在HST-ACS F814 W图像中未检测到）。该探测是基于贝叶斯网格重建的二维表面密度的星系内的一个环周围的爱因斯坦半径（几千秒差距）。[...]我们通过对系统进行建模来确认这一探测，该系统包括一个具有潮汐截断伪贾菲密度剖面的参数质量模型;在这种情况下，子结构质量为M_sub=（3.51+-0.15 x10 ^9 Msun，位于（-0.651+-0.038，1.040 +-0.034“，正是在那里表面密度图也显示出一个强收敛峰。[...]在以亚结构为中心的0.3kpc的球体内（r_tidal=1.1kpc），我们设定（M/L）_V}>=120（Msun/L）_V，sun（3-sigma）的下限。结果在模型和数据集（例如PSF，像素数量和尺度，源和潜在的正则化，旋转和星系减法）的实质性变化下是鲁棒的。因此，尽管处于可探测的极限，但不能将其归因于明显的系统性影响。我们的探测结果表明，假设α =1.9+-0.1（dN/dm ~ m^-α），在质量范围为4 × 10^6 Msun到4 × 10^9 Msun的爱因斯坦内环半径处，暗物质的质量分数为f_CDM=2.15^{+2.05}_{-1.25} %（68% C.L）。假设alpha上的平坦先验在1.0和3…
2009-10-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
From Images to Dark Matter: End-To-End Inference of Substructure From Hundreds of Strong Gravitational Lenses
限制宇宙中小尺度结构的分布，使我们能够探索冷暗物质范式的替代方案。强引力透镜提供了一个独特的窗口，小暗物质晕（$<10^{10} M_\odot$），因为这些晕传递引力透镜信号，即使他们没有主机发光星系。我们创建了具有现实的低质量晕，哈勃太空望远镜（HST）观测效果和HST COSMOS场的星系光的强透镜图像的大型数据集。使用基于模拟的推理管道，我们训练的subhalo质量函数（SHMF）的神经后验估计和使用一组单独的星系源产生的透镜的人口的限制。我们发现，通过将我们的网络与分层推理框架相结合，我们既可以可靠地推断各种配置的SHMF，又可以有效地扩展到具有数百个镜头的人群。通过对大型复杂模拟数据集进行精确推理，为下一代宽视场光学成像巡天中提取暗物质约束奠定了基础。
2023-03-07 astro-ph.CO astro-ph.IM
Modelling the line-of-sight contribution in substructure lensing
我们研究如何爱因斯坦环和放大弧的小质量的暗物质晕沿视线放置到引力透镜系统的影响。通过比较引力签名的视线晕与透镜星系内的子结构，我们得出一个质量红移关系，使我们能够重新调整检测阈值（即最低可检测质量）的子结构的检测阈值的视线晕在任何红移。然后，我们量化的视线的贡献，可以通过强引力透镜检测到的低质量物体的总数密度。最后，我们评估了不同质量和红移的子结构和视线晕之间的简并性，以提供对当前和未来检测的统计解释，目的是区分CDM和WDM。我们发现，视线晕统计上占主导地位的子结构，由一个量，强烈依赖于源和透镜红移，并选择暗物质模型。对于低透镜和源红移（对于SLACS透镜），子结构约占微扰子总数的30%，但对于高红移系统，子结构不到10%。我们还发现，对于具有足够高的信噪比和角分辨率的数据，双透镜平面配置产生的非线性效应使得人们能够通过观测恢复视线晕红移。在68%的置信水平下，绝对误差精度为0.15。
2018-01-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Effects of Dark Matter Substructures on Gravitational Lensing: Results from the Aquarius Simulations
我们使用高分辨率的宝瓶座模拟银河系大小的晕在LCDM宇宙学研究暗物质子结构对引力透镜的影响。每个晕在其维里半径内可以分辨出约10^8个粒子（质量分辨率约为10^3-4 M_sun/h）。质量大于10^5 M_sun/h的次晕被很好地分辨出来，比以前的透镜研究至少提高了两个数量级。我们将重子组件建模为赫恩奎斯特配置文件和帐户的暗物质通过绝热收缩的响应。我们专注于“异常”的通量比问题，特别是对违反尖焦散关系由于子结构。我们发现，质量小于~ 10^8 M_sun/h的次晕在引起通量异常方面起着重要作用;这种低质量的次晕在以前的研究中一直没有得到解决。不同晕之间和同一晕的不同投影之间的预测通量比有很大的分散性。在某些情况下，预测的异常通量比的频率与射电透镜观察到的频率相当，尽管在大多数情况下并非如此。模拟再现所观察到的尖瓣透镜违规的概率约为0.001。因此，我们的结论是，在宝瓶座晕的中心区域的子结构的量是不够的，以解释所观察到的频率违反尖焦散关系。这些结论完全是基于我们的暗物质模拟，忽略了重子对次晕生存能力的影响。
2009-06-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
An excess of small-scale gravitational lenses observed in galaxy clusters
冷暗物质（CDM）构成了宇宙中的大部分物质。利用宇宙学模拟，从理论上研究了像星系团这样的稠密宇宙环境中暗物质和亮物质之间的相互作用。观测到的引力透镜被用来测试和表征子结构的性质-暗物质的小尺度分布-在集群中。设计并计算了11个星系团的暗物质子结构产生强透镜事件的概率。我们报告说，观察到的集群子结构是更有效的镜头比CDM模拟预测，超过一个数量级。我们认为，迄今为止尚未诊断的系统性问题与模拟或不正确的假设的性质暗物质可以解释我们的结果。
2020-09-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Prospects for Detecting Dark Matter Halo Substructure with Pulsar Timing
现代宇宙学的一个悬而未决的问题是暗物质晕及其子结构的性质和特性。本文研究了暗物质子结构对脉冲星计时观测的引力效应。由于毫秒双星是稳定和精确的发射体，它们被认为是探测暗物质结构引力效应的可行天体物理工具。我们通过夏皮罗时间延迟（或综合萨克斯-沃尔夫（ISW）效应）和多普勒效应统计研究了这种对脉冲星计时的影响，表明后者在信号中占主导地位。对于这项任务，我们将脉冲星频率变化的功率谱与小尺度上的物质功率谱联系起来，我们使用稳定的聚类假设来计算。我们比较这个功率谱与当前和未来的观测脉冲星定时设计的引力波（GW）检测。我们的研究结果表明，虽然目前的观测无法检测到这些信号，但即将到来的平方公里阵列（SKA）的灵敏度仅比我们乐观的预测弱几分之一。
2011-09-16 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Observability of Dark Matter Substructure with Pulsar Timing Correlations
小尺度下的暗物质亚结构目前是弱约束的，对它的研究可能有助于揭示暗物质的本质。本文研究了暗物质子结构的引力效应对脉冲星定时阵列中脉冲星相位测量的影响。由于几年来观测到的脉冲相位的稳定性，地球-脉冲星系统周围的暗物质子结构可以在引力多普勒和夏皮罗延迟中留下可辨别的特征。我们计算了一般暗物质子结构引起的脉冲星相位相关，并对一些模型，如单色原始黑洞（PBH）和冷暗物质（CDM）的NFW subhalos项目的限制。这项工作扩展了我们以前的分析，侧重于静态或单一的过境事件，多个过境事件的随机分析。我们发现，随机相关性，在一个PTA类似的平方公里阵列（SKA），是唯一强大的约束subhalos轻$\sim 10^{-13}~M_\odot$，浓度低的标准CDM预测。
2020-05-06 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Self-Interacting Dark Matter and Small-Scale Gravitational Lenses in Galaxy Clusters
最近，Meneghetti等人报道了在星系团中存在过多的小尺度引力透镜。我们研究了它的含义自相互作用暗物质（SIDM），与标准的冷暗物质（CDM）相比。我们设计控制N体模拟，将观测约束。早型星系在星系团亚结构中的存在可以加深引力势，减少潮汐质量损失。这两种情况都需要一个相对较高的重子浓度的子结构，以适应透镜测量，和他们的切向焦散是相似的。SIDM子结构可以经历重力热坍缩，并产生比CDM对应物更陡峭的密度分布，导致更大的径向星系-星系强透镜截面，尽管这种效应很难观察到。我们的结果表明SIDM可以对星系团中的小尺度透镜和矮星系中的恒星运动提供统一的解释。
2022-02-23 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Gravitational Focusing of Wave Dark Matter
一个巨大的天体使局部的暗物质分布变形，导致局部的暗物质密度过高。这种现象通常被称为引力聚焦。在太阳系中，由于太阳的引力聚焦导致地面实验中暗物质信号的调制。我们考虑质量小于10 eV的轻玻色暗物质的引力聚焦。这种暗物质候选者的波动性质导致了局部超密度和光谱中的独特特征，这两者都可以通过实验相关。我们提供了一个形式主义，捕捉引力聚焦和波暗物质的随机性，特别注意粒子暗物质的相似性和差异。当暗物质的德布罗意波长变得与系统的大小相当或小于系统的大小时，和/或当暗物质的速度色散足够小时，观察到密度对比度和光谱中的独特图案。虽然引力聚焦效应对于松弛的晕暗物质成分通常保持在百分之几的水平，但对于暗物质子结构，它们可能要大得多。有几个动机良好的暗物质子结构，我们调查如何每个子结构响应太阳的引力势。讨论了波动暗物质与粒子暗物质行为相似的极限。
2022-04-02 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
