The impact of $Λ$CDM substructure and baryon-dark matter transition on the image positions of quad galaxy lenses
星系透镜中多重像的位置与星系质量分布有关。光滑的椭圆形质量轮廓先前被证明不足以重现四人组。在本文中,我们探讨了这种光滑的椭圆质量分布的偏差。与大多数其他工作不同,我们使用基于四边形的相对极像角度以及它们在3D空间中相对于四边形基本表面的位置的无模型方法。FSQ由椭圆透镜产生的四元体定义。我们已经从具有与$Λ$ CDM模拟一致的子结构的透镜的合成群体产生了数千个四边形,并且发现这种扰动不足以匹配相对于FSQ的四边形的观察到的分布。结果是不变的,即使subhalo质量增加了十倍,最乐观的透镜选择偏置。然后,我们从使用两种成分(代表重子和暗物质)创建的星系中产生四边形。从内部半径由重子主导的质量到外部半径由暗物质主导的质量的转变可能会带来不对称性,这将影响相对图像角度。我们运行的初步实验,使用镜头与两个椭圆形的质量组件与不相同的轴比和位置角,扰动的形式,非零傅立叶系数$a_4$和$a_6$,和人为偏移椭圆中心作为代理不对称的图像半径。我们表明,这些影响的组合是一个很有前途的方式占四人口属性。我们的结论是,四人口提供了一个独特的和敏感的工具,约束详细的质量分布在星系的中心。
2018-02-21 astro-ph.GA
The Most Massive Galaxies and Black Holes Allowed by $Λ$CDM
给定星系的恒星质量,它的宿主晕质量有一个下限,来自宇宙重子分数和已知的重子物理学。在z>4时,星系恒星质量函数对晕数密度的下限接近预期的$Λ$ CDM晕质量函数。高红移星系恒星质量函数因此可以对大质量晕的数密度进行有趣的限制,否则很难测量。虽然z<8时的晕质量函数与观测到的星系恒星质量一致,但如果星系重子转换效率随红移增加,JWST和WFIRST将使可用约束的红移范围增加一倍以上。我们计算最大星系恒星质量作为红移的函数,从$Λ$ CDM给出预期的晕数密度。我们将类似的论证应用于黑洞。如果他们的维里质量估计是准确的,单是数密度约束就表明类星体SDSS J1044-0125和SDSS J010013.02+280225.8可能有黑洞质量-恒星质量比高于中值z=0的关系,证实了劳尔偏差的预期。最后,我们提出了一个公共代码来评估的概率,显然$Λ$ CDM不一致的高质量晕被检测到的多重调查和观测误差的综合影响。
2018-05-31 astro-ph.GA
Baryon-CDM isocurvature galaxy bias with IllustrisTNG
我们研究重子CDM相对密度扰动$δ_{bc}$对星系形成的宇宙学模拟与IllustrisTNG模型的影响。这些等曲率(非绝热)扰动可以诱导primordially,如果多个领域是目前在通货膨胀,并产生之前重子光子去耦时重子不comove与CDM。在固定的总物质密度$Ω_m$下,通过改变重子$Ω_b$和CDM $Ω_c$的宇宙密度比来模拟长波$δ_{bc}$扰动的存在。我们测量了相应的星系偏置参数$b_δ^{bc}$作为星系丰度对$δ_{bc}$的响应。当用主晕总质量进行选择时,$b_δ^{bc}$为负值,并随质量和红移而减小。由于$δ_{bc}$对晕质量函数和星晕质量关系的竞争作用,恒星质量选择模拟星系的晕质量函数和星晕质量关系表现出较弱甚至相反的趋势。我们表明,简单的建模后两种效果描述$b_δ^{bc}$恒星质量选择对象。发现了代表BOSS DR 12星系的$M_* = 10^{11}\ M_{\odot}/h$和$z=0.5$的$b_δ^{bc} =0.6$。对于由重子-光子相互作用产生的$δ_{bc}$模,我们估计对DR 12功率谱的影响低于$1\%$,并且对推断的距离和增长率参数的偏移不应超过$0.1\%$。
2020-06-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Galactic satellite systems in CDM, WDM and SIDM
我们调查人口的明亮的卫星($M_{*} \geq 10^{5} \mathrm{M}_{\odot}$)的质量相当于银河系的晕在宇宙学模拟中,其中的暗物质(DM)是冷,暖或自相互作用(CDM,WDM和SIDM分别)。DM的性质导致了场晕丰度和结构特性的差异。在WDM中,主要特征是形成的星系总数减少,反映了低质量DM晕的抑制和与CDM相比较低的星系形成效率。对于SIDM,变化是结构性的,仅限于晕的中心区域,并依赖于假设的自相互作用截面。我们还考虑了不同的重子亚网格物理模型的星系形成,超新星气体爆发可以或不能诱导形成的核心在矮星系。总的来说,包括重子减少不同DM模型中的晕属性的差异相比,DM只模拟。这会影响卫星在下沉时的特性,从而影响其随后的潮汐剥离和存活率。尽管如此,我们发现稍微不太集中的卫星径向分布的SIDM横截面的增加。不幸的是,我们还发现,在CDM和WDM的重子诱导的核心模拟卫星人口可以模仿SIDM中发现的结果,使卫星恒星质量和最大圆速度功能严重退化的DM和所采用的次网格建模的假设性质。这些简并排除了使用银河系中最明亮的卫星来限制DM的性质。
2022-11-03 astro-ph.GA
Non-standard baryon-dark matter interactions
在总结了冷暗物质(CDM)和修正牛顿动力学(MOND)范式在不同恒星系统中各自的优点后,我们研究了在螺旋星系中,重子物质和暗物质之间的非标准相互作用是否可以在河外尺度上重现CDM的成功,同时使重子物质有效地服从MOND场方程。
2009-06-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
The central densities of Milky Way-mass galaxies in cold and self-interacting dark matter models
我们提出了一套重子宇宙放大模拟的自相互作用暗物质(SIDM)晕内的“反馈在现实环境”(FIRE)项目。这三个模拟的晕有$\sim 10^{12}\, \text{M}_\odot$在$z=0$维里质量,我们研究速度无关的自相互作用截面1和10 ${\rm cm^2 \, g^{-1}}$。我们研究了冷暗物质(CDM)和SIDM模型中的恒星形成率和母晕的暗物质密度剖面的形状。在SIDM晕中形成的星系在$z\leq1$有更高的恒星形成率,与CDM模拟相比,导致更多的大质量星系。虽然CDM和SIDM模拟都显示了不同形状的暗物质密度分布,但与CDM晕相比,SIDM晕可以在几个kpcs内达到更高和更陡峭的中心密度。我们确定了星系的半质量半径内的恒星的积累和中心暗物质密度的增长之间的相关性。在SIDM晕的热化过程中的一个致密的恒星组件的存在下,增强。因此,具有高度集中的重子轮廓的SIDM晕被预测为具有比CDM晕更高的中心暗物质密度。总的来说,SIDM晕比CDM晕更容易受到大量重子分布的影响。
2021-09-08 astro-ph.GA
The Dark Matter Distribution in the Spiral $NGC~3198$ out to 0.22 $R_{vir}$
我们使用最近非常扩展HI运动学(出48千秒差距),以及以前的H $α$运动学的螺旋星系NGC 3198,以获得其分布的暗物质(DM)。首先,我们使用卡方方法根据DM分布的不同轮廓来模拟该星系的旋转曲线(RC):通用旋转曲线(URC)质量模型(恒星盘$+$ Burkert晕$+$气体盘),NFW质量模型(恒星盘$+$ NFW晕$+$气体盘)和重子$Λ$ CDM质量模型(恒星盘$+$ NFW晕由重子物理学修改$+$气体盘)。其次,推导DM晕密度分布,我们采用了一种新的方法,不需要一个全球性的,往往是不确定的质量建模。虽然根据标准方法,URC和NFW质量模型都可以解释RC,但新方法导致的密度分布与在λ冷暗物质($Λ$ CDM)场景中预测的暗晕密度分布严重不一致。我们发现,重子物理的影响修改了原来的$Λ$ CDM晕密度的方式,得到的轮廓是更兼容的DM密度的NGC3198使用我们的新方法。然而,在大的距离,r $\sim$ 25 kpc,也这个修改后的重子$Λ$ CDM晕配置文件似乎创建与派生DM晕密度的张力。
2015-04-10 astro-ph.GA
The radial acceleration relation in a $Λ$CDM universe
本文研究了冷暗物质(CDM)范式下中央星系总($a_{\rm tot}$)和重子($a_{\rm bary}$)向心加速度剖面之间的径向加速度关系(RAR)。我们分析表明,RAR是密切相关的物理的暗物质的准绝热弛豫重子在深势阱中的存在。这清楚地表明,如何平均RAR和它的散射出现在低加速制度($10^{-12}\,{\rm m\,s}^{-2}\lesssim a_{\rm bary}\lesssim10^{-10}\,{\rm m\,s}^{-2}$)从重子反馈过程和CDM在暗晕中的分布之间的相互作用。我们的框架使我们能够更进一步,研究更高和更低的加速度的细节,使用解析近似和现实的模拟目录的$\sim342,000$低红移中心星系与$M_r\leq-19$。我们发现,虽然在重子占主导地位的,高加速制度($a_{\rm bary}\gtrsim10^{-10}\,{\rm m\,s}^{-2}$)的RAR是非常敏感的弛豫物理的细节,一个简单的“重子化”处方匹配的流体动力学CDM模拟的弛豫结果是非常成功的再现所观察到的RAR没有任何调整。在(目前未观测到的)超低加速度区域($a_{\rm bary}\lesssim 10^{-12}\,{\rm m\,s}^{-2}$),RAR对晕外围扩散气体的丰度很敏感,我们的默认模型预测了一个独特的突破,从一个简单的幂律关系,HI缺乏,扩散气体丰富…
2021-07-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Testing Feedback-Modified Dark Matter Haloes with Galaxy Rotation Curves: Estimation of Halo Parameters and Consistency with $Λ$CDM
宇宙学$N$ -天体模拟预测了具有陡峭中央尖点的暗物质(DM)晕(例如NFW,Navarro et al. 1996)。这与低质量星系中气体运动学的观测结果相矛盾,这些观测结果意味着存在浅DM核心。重子过程,如绝热收缩和气体外流,原则上,可以改变初始DM密度分布,但它们的相对贡献的晕转变仍然不确定。最近的高分辨率宇宙学流体动力学模拟(Di Cintio et al. 2014,DC 14)预测,内部密度分布系统地取决于恒星与DM质量之比(M $_*$ /M $_{\text{halo}}$)。使用马尔可夫链蒙特卡罗方法,我们测试的NFW和M $_*$ /M $_{\text{halo}}$依赖的DC 14晕模型对样本的147个星系旋转曲线从新的{ \it斯皮策}测光和准确的旋转曲线(SPITZER)数据集。这些星系都有扩展的H{ \small I}旋转曲线的射电干涉测量,以及准确的恒星质量密度分布的近红外测光。与NFW曲线相比,DC 14晕圈曲线提供了对数据的明显更好的拟合。与NFW不同,在我们的旋转曲线拟合中发现的DC 14晕参数自然落在由$Λ$ CDM预测的质量浓度关系和从丰度匹配推断的恒星质量晕质量关系的两个标准差之内,其中异常值很少。因此,由重子过程修改的晕轮廓与$Λ$冷暗物质($Λ$ CDM)宇宙学的预期更加一致,并且比忽略重子物理的晕模型更好地拟合了星系旋转曲线。我们的…
2017-01-11 astro-ph.GA
SIDM on FIRE: Hydrodynamical Self-Interacting Dark Matter simulations of low-mass dwarf galaxies
我们比较了一套四个模拟的矮星系形成在10 $^{10} M_{\odot}$晕的碰撞冷暗物质(CDM)与星系模拟在同一晕具有相同的星系形成模型,但非零截面的暗物质自相互作用。这些宇宙放大模拟是真实环境反馈(FIRE)项目的一部分,并利用FIRE-2模型进行流体力学和星系形成物理学。我们发现在自相互作用暗物质(SIDM)与$σ/m= 1\, cm^2/g$中形成的星系的恒星质量与CDM(跨越$M_{\star} \approx 10^{5.7 - 7.0} M_{\odot}$)中形成的星系的恒星质量非常相似,并且所有的运行都处于类似的恒星质量-尺寸关系。在中央$250-500$ pc的对数暗物质密度斜率($α=d\log ρ/ d\log r$)仍然比$α= -0.8$陡峭的CDM-Hydro模拟与恒星质量$M_{\star} \sim 10^{6.6} M_{\odot}$和核心的最大质量的星系。相比之下,使用$α>-0.4$,每个SIDM水动力学模拟都产生更平坦的剖面。此外,在SIDM运行没有重子预测的中心密度分布是类似的SIDM运行,包括FIRE-2重子物理。因此,在这个质量尺度上,SIDM似乎比CDM更适合包含(可能不确定的)重子物理学,这表明SIDM比CDM更容易使用低质量星系伪造。我们的FIRE模拟预测,星系质量小于$M_{\star} < 3 \times 10^6 …
2017-06-22 astro-ph.GA
The baryonic mass assembly of low-mass halos in a Lambda-CDM Universe
我们分析了在宇宙学数值模拟中在红移z = 0处发现的低质量晕(Mvir ~ 10^10.3 - 10^12.3 M_sun)的暗、气体和恒星质量组装历史。我们的研究结果表明,在一个给定的现代质量仓的晕,气体的重子分数维里半径内不随时间的变化显着,从~0.8的较小的晕到~0.5的最大的。大多数重子实际上并不位于星系中,而是位于晕内气体中;对于质量更大的晕,晕内气体与星系的质量比在所有红移z下都大致相同,但对于质量最小的晕,它随着z的增加而强烈增加。前一种晕中的晕内气体随着时间的推移而变热,在z = 0时占主导地位,而在后一种晕中,它在所有时期都是冷的。在我们的模拟中,多相ISM和热反馈模型在延迟低质量星系的恒星质量增长的方向工作。
2014-06-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dwarf Galaxies in CDM, WDM, and SIDM: Disentangling Baryons and Dark Matter Physics
我们提出了一套火-2宇宙放大模拟孤立场矮星系,所有的质量$M_\mathrm{halo} \approx 10^{10}\,$ M $_\odot$在$z=0$,在一系列的暗物质模型。我们首次比较了自相互作用暗物质(SIDM)和/或暖暗物质(WDM)模型如何影响矮星的组装历史以及中心密度结构。具有较小恒星半质量半径(r $_{1/2}<500$ pc)的矮星具有较低的$σ_\star/V_\mathrm{max}$比率,强化了较小的矮星可能存在于比天真预期更大的晕中的想法。大多数用自相互作用模拟的矮星实际上经历了它们内部密度分布的收缩,相对于在只含暗物质的运行中产生的核心,它们增加了重子,尽管模拟的矮星的中心密度总是低于$Λ$ CDM。所有模拟的V $_{1/2}-$ r $_{1/2}$关系与局部场矮星的观测结果基本一致,尽管像杜鹃这样的紧凑天体提供了一个独特的挑战。小矮星中心区域的空间分辨旋转曲线($<400$ pc)可以提供一种区分CDM、WDM和SIDM的方法,然而:在这个模拟套件中探测的质量下,具有小r $_{1/2}$值的矮星的核心密度分布只能源于暗物质自相互作用。
2019-09-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Closing the Gap between Observed Low-Mass Galaxy HI Kinematics and CDM Predictions
本研究结合低质量星系深度HI观测与矮星系宇宙学模拟,通过HI线宽与暗物质晕最大速度对比及重子质量的BTFR分析,发现深度测量更趋近ΛCDM预测,还暗示了BTFR的翻转现象,推进了小尺度宇宙学检验。
2023-06-12 astro-ph.GA
The total density profile of DM halos fitted from strong lensing
在宇宙学N体模拟中,重子对冷暗物质晕的影响可以用来解决$Λ$冷暗物质宇宙学中的小尺度问题,如尖核问题和卫星丢失问题.结果表明,对于质量范围从矮星系到星系团的晕,得到的总密度剖面(重子+CDM)比NFW剖面更能与观测的自转曲线相匹配。然而,在我们以前的工作中,我们发现这样的密度分布与最近的强引力透镜观测结果不符。在本文中,我们做相反的:我们拟合最近的强透镜观测与预测的透镜概率的基础上所谓的$(α,β,γ)$双幂律轮廓,并使用最佳拟合参数($α=3.04, β=1.39, γ=1.88$)来计算旋转曲线。我们发现,在一个典型的星系的外部,旋转曲线计算与我们的拟合密度分布远低于观测和那些基于模拟,包括NFW配置文件。这再次验证和加强了我们以前工作中的结论:在$Λ$ CDM范式中,转动曲线观测与强引力透镜观测之间的矛盾是难以调和的。
2017-08-01 astro-ph.GA
Barions and $Λ$CDM Model Problems
本文研究了星系旋转曲线多样性远超 $Λ$CDM 模型预测的问题,通过半解析代码引入重子物理成功重现了观测到的各种旋转曲线,证明无需引入新形式的暗物质。
2024-10-10 astro-ph.GA
Constraining SIDM with halo shapes: revisited predictions from realistic simulations of early-type galaxies
我们研究了自相互作用暗物质(SIDM)和重子对早型星系(ETG)形状及其暗物质晕的影响,并将其与冷暗物质(CDM)方案的预测进行了比较。我们使用五个流体动力学放大模拟的晕托管ETG($M_{\rm vir}\sim 10^{13}M_{\odot}$和$M_{*}\sim10^{11}M_{\odot}$),模拟CDM和SIDM模型与恒定截面的$σ_T/m_χ= 1\ \mathrm{cm}^2 \mathrm{g}^{-1}$。我们测量的三维和投影形状的暗物质晕和重子的内容,使用惯性张量和比较我们的测量结果的三个$HST$样本的引力透镜和$Chandra$和$XMM-Newton$ X射线观测。我们发现,重子的列入大大减少了CDM和SIDM之间的差异,以及根据形状绘制约束的能力。透镜测量拒绝CDM暗物质模拟的预测,更喜欢的水文方案之一。当我们考虑透镜的总样本时,观测数据更倾向于CDM水力情景。X射线发射气体的形状与两次水力运行的观测结果一致,CDM预测只有在非常中心才有更高的伸长率。与以前在椭圆星系尺度上的说法相反,我们得出结论,一旦我们在模拟中包括重子,CDM和我们的SIDM模型仍然可以解释观察到的形状。我们的研究结果表明,这是必不可少的,以获得现实的限制,新的模拟需要确认和扩展我们的研究结果。
2022-09-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Milky Way's Halo and Subhalos in Self-Interacting Dark Matter
我们进行高分辨率的模拟MW类星系的自相互作用的冷暗物质模型的弹性截面超过质量的$1~\rm cm^2/g$(SIDM),并比较模型没有自相互作用(CDM)。我们运行我们的模拟与时间相关的嵌入势,捕捉重子盘和凸起的贡献的影响。嵌入重子势的CDM和SIDM模拟显示出非常相似的主晕轮廓,次晕丰度和径向分布的维里半径。SIDM主晕的中心密度比CDM主晕大,并且没有可辨别的核心,这与没有重子势的情况(核心大小$\sim 7 \, \rm kpc$)形成鲜明对比。在我们的SIDM模拟中,最大质量的subhalos(与$V_{\mathrm{peak}}> 20 \, \rm km/s$),预计将托管经典的卫星星系,具有密度分布,其密度小于半径小于500 pc的CDM类似物,但偏差减小为质量较小的subhalos。在CDM和SIDM模拟中包含重子势的情况下,最大质量的暗晕不会出现“太大而不能倒”的问题。然而,在这两个模拟中,大质量的暗晕中密度最小的暗晕往往具有最小的近心点值,这一趋势在明亮的MW卫星星系中并不明显。
2019-03-04 astro-ph.GA astro-ph.HE
Analytic expressions for the dark matter-baryon relations
最近,在具有非常不同的形态、质量、大小和气体分数的星系中,暗物质和重子的分布(暗物质-重子关系)之间的一些非常强的相关性已经被获得。有人提出了一些模型来解释为什么暗物质的贡献完全由重子的贡献所决定。在冷暗物质(CDM)模型的基础上,我们导出了两个解析表达式来解释观测到的暗物质-重子关系。所得的表达式与观测数据吻合得很好。解析表达式中涉及的参数与重子含量的多少密切相关。该模型可以提供对所观察到的强相关性的理论理解。我们认为,所观察到的关系代表了星系形成的最终产物。
2017-04-28 astro-ph.GA
The origin of the mass discrepancy-acceleration relation in $Λ$CDM
本文研究了盘星系质量差异的来源--径向加速度关系。这是在圆盘的向心加速度和重子分量的预期加速度之间的紧密的经验相关。MDAR适用于盘运动示踪剂探测的大多数半径,无论星系质量或表面亮度如何。该关系有两个特征加速度:$a_0$,在此之上所有星系都是重子主导的;和$a_{\rm min}$,一个在孤立星系中由运动示踪剂探测的有效最小加速度。我们使用一个简单的模型来表明,这些趋势自然出现在$Λ$ CDM。这是因为:(i)$Λ$ CDM形式的盘星系位于暗物质晕的中心,跨越相对较窄的维里质量范围;(ii)冷暗物质晕加速剖面是自相似的,在中心有一个宽的最大值,在该质量范围内达到精确地由$a_{\rm min}$和$a_0$包围的值;在任何成功的$Λ$ CDM星系形成模型中,晕质量和星系大小与星系重子质量的比例关系都比较紧密。解释$Λ$ CDM中的MDAR不需要修改暗晕的尖形内部质量剖面,尽管这些可能有助于理解一些矮星系的详细旋转曲线和极端异常值的起源。MDAR只是反映了冷暗物质晕的自相似性质和星系形成过程引入的物理尺度。
2017-06-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Higher-order initial conditions for mixed baryon-CDM simulations
我们提出了一种新的方法来产生高阶初始条件(IC)的宇宙学模拟,考虑到不同的重子和暗物质的演变。我们专注于其性能的数值实现和验证,基于无碰撞N体模拟和全流体动力学欧拉和拉格朗日模拟。我们在各种方面改进了以前的方法,仅限于一阶拉格朗日摄动理论(LPT)。具体来说,我们(1)将n阶LPT推广到多流体系统,允许2LPT或3LPT IC用于双流体模拟,(2)采用新的传播子微扰理论来建立与1 LPT或2LPT完全一致的欧拉码的IC,(3)证明我们的集成电路解决了以前的两个问题-通过使用粒子质量的变化进行流体模拟,消除了与预期微扰结果的虚假偏差,(4)示出了通过转向高阶PT所实现的改进与对于单流体IC所看到的那些相当,以及(5)证明了优异的(即,百分之几的水平)之间的协议欧拉和拉格朗日模拟,一旦高质量的初始条件使用。严格的发展的基础微扰理论是在一个配套文件。所有提出的算法都在Monofonic Music-2软件包中实现,我们公开提供。
2020-12-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
The interplay of Self-Interacting Dark Matter and baryons in shaping the halo evolution
我们利用高分辨率的流体动力学模拟来测试冷暗物质(CDM)和具有恒定截面$σ^\text{T}/m_χ=1\;\text{cm}^{2}\text{g}^{-1}$的自相互作用暗物质(SIDM)中晕性质的差异。我们发现,暗物质自相互作用和重子物理之间的相互作用导致了晕性质的复杂演化,这取决于晕质量和形态类型,以及晕质量吸积历史。虽然高质量的晕,选择早期型星系的类似物,显示核心的配置文件中的SIDM运行,系统的中间质量和一个显着的磁盘组件可以开发一个配置文件是类似的或cuspier比CDM。SIDM晕的最终性质-在z=0.2时测量-与晕浓度和形成时间相关,这表明不同系统之间的差异是由于我们观察到的影响自相互作用。我们还寻找自相互作用的暗物质在主晕的透镜信号和爱因斯坦半径分布中的电势差的暗示,这表明未来的宽场调查可能能够在此基础上区分CDM和SIDM模型。最后,我们发现,在所采用的SIDM模型中,相对于CDM,次晕丰度没有改变。
2019-01-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dwarf galaxies in CDM and SIDM with baryons: observational probes of the nature of dark matter
我们提出了第一个宇宙学模拟的矮星系,其中包括暗物质自相互作用和重子。我们研究了两个矮星系内的冷暗物质,和四个不同的弹性自相互作用的情况下,恒定和速度依赖的横截面,在隐藏的暗物质部门的一个新的力量的动机。我们的最高分辨率模拟的重子质量分辨率为$1.8\times 10^2\,{\rm M}_\odot$,在$z=0$的引力软化长度为$34\,{\rm pc}$。在这第一项研究中,我们主要集中在制度孤立的矮星系与晕质量$\sim10^{10}\,{\rm M}_\odot$暗物质动态占主导地位,即使在次千秒差距尺度。我们发现,虽然这种规模的星系的全球性的影响最小的允许自相互作用,其内部结构的变化显着,如果横截面是足够大的内部次千秒差距区域内。在这些暗物质占主导地位的系统中,自散射将恒星分布的形状与暗物质分布的形状联系在一起。特别是,我们发现恒星的核心半径是密切相关的暗物质核心半径产生的自相互作用。与冷暗物质的情况相比,暗物质碰撞导致矮星系具有更大的恒星核心和更小的恒星中心密度。在前一种情况下,$1\,{\rm kpc}$内的中心金属丰度也大至$\sim 15\%$。我们的结论是,质量分布,并在矮星系的中心恒星的特性,可以潜在地用于探测自相互作用的暗物质的性质。
2014-09-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Consequences for the Scalar Field Dark Matter model from The McGaugh Observed-Baryon Acceleration Correlation
虽然标准的宇宙学模型,即所谓的PDMATHAMM冷暗物质(“$Λ$ CDM”),似乎很好地符合宇宙学水平的观测,但众所周知,它在银河系尺度上有几个不一致之处。为了解决$Λ$ CDM在小尺度上的问题,已经提出了替代模型,其中最流行的是宇宙中的暗物质由超轻玻色子组成的提议,这是现在的一个强有力的候选者。在这项工作中,我们通过分析的方法研究所产生的后果,面对的标量场暗物质模型的标量目录超重子加速相关。我们进行这样的分析,无论是考虑从结构形成模拟提取的星系晕的功能,或考虑在整个系统中的其他非暗物质元素(如重子或超大质量黑洞)的存在。具体来说,我们解决了最近声称,该模型是不能够复制一个恒定的表面密度的核心相比,观察表明,为主机的星系具有不同的大小和形态。在这个方向上,我们表明,这种差异可以减轻一旦在整个银河系中的无暗物质成分的贡献被考虑在内。此外,我们发现,质量为$m \simeq 1.41 \times 10^{-22}\ eV/c^2$是能够复制我们所有的发现,并正确地调整来自银河系的旋转曲线。
2021-02-21 astro-ph.GA
Strongly lensed cluster substructures are not in tension with $Λ$CDM
强引力透镜观测可以通过限制大质量星系团中的暗晕的质量和浓度来测试结构形成模型。最近的工作得出结论,集群subhaloes更丰富和/或集中比预测的$Λ$ CDM模拟,这一发现已被解释为所产生的未识别的问题与模拟或不正确的理解暗物质的性质。我们通过比较观测到的次晕质量和最大圆周速度$v_\mathrm{max}$的预测,从高分辨率的绣球星系团模拟套件,这是成功的EAGLE星系形成模型的基础上测试这些假设。模拟的次晕质量分布和质量- $v_\mathrm{max}$关系与观测结果符合得很好,这是由于在潮汐剥离过程中重子的存在。类似的协议被发现为较低分辨率的Illustris-TNG 300模拟。结合起来,我们的结果表明,集团子结构的丰度和浓度与$Λ$ CDM并不紧张,但可以提供有用的约束,在模拟中的重子物理模型的改进。
2021-03-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Testing Late Time Cosmic Acceleration with uncorrelated Baryon Acoustic Oscillations dataset
重子声学振荡(BAO)涉及测量星系的空间分布,以确定宇宙结构的增长率。我们从$17$不相关的BAO测量,收集$333$公布的数据点的有效红移范围$0.106 \leq z \leq 2.36$的宇宙学参数的约束。我们使用随机协方差矩阵检验子集的相关性。$Λ$ CDM模型拟合产生宇宙学参数:$Ω_m = 0.261 \pm 0.028$和$Ω_Λ= 0.733 \pm 0.021$。将BAO数据与宇宙计时器数据、万神殿Ia型超新星和哈勃伽马射线暴和类星体图相结合,哈勃常数得到$ 69.85 \pm 1.27 km/sec/Mpc$,声视界距离得到:$ 146.1 \pm 2.15 Mpc$。除了$Λ$ CDM模型之外,我们还测试了$Ω_K$ CDM和wCDM。空间曲率为$Ω_k = -0.076 \pm 0.012$,暗能量状态方程为$w = -0.989 \pm 0.049$。{We执行AIC测试以比较3个模型,并查看$Λ$ CDM得分最好。
2020-12-15 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Little Red Dot Cosmology: A Matter-Era Baryon Acoustic Oscillations Probe of $Λ$CDM
University of Chicago(芝加哥大学);Fermi National Accelerator Laboratory(费米国家加速器实验室);University of Hawai’i(夏威夷大学)
利用JWST发现的小红点(LRDs)作为高红移(4<z<9)物质主导时期的示踪体,通过Fisher预测表明宽视场光谱巡天可实现百分之一精度的BAO距离测量,为检验ΛCDM模型提供新途径。
2026-09-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
Another baryon miracle? Testing solutions to the "missing dwarfs" problem
矮星系的缺乏,在当地的宇宙是很难调和的大量低质量的晕内的一致性$Λ$ CDM范式的预期。在本文中,我们进行了系统的评估的不确定性影响测量的DM晕丰度使用星系运动学。使用一个大样本的矮星系的空间分辨的运动学数据,我们推导出一个修正,以获得观测到的丰富的星系作为其晕最大圆速度的函数,从视线的速度函数在本地体积。这种估计提供了一种直接的方法来比较理论模型和模拟(包括非标准宇宙学和新的星系形成物理学)的预测与观测约束。新的“银河系$V_{max}$“函数比视线速度函数更陡,但仍然比理论CDM预期的要浅,表明一些未考虑的物理过程是必要的,以减少星系的丰度和/或大幅修改其密度分布相比,CDM晕。使用这个新的银河$V_{max}$功能,我们调查的重子解决方案,如反馈供电的外流和光蒸发的气体从电离辐射背景的可行性。在3- $σ$置信水平下,能量反馈和光蒸发都不足以有效地调和不一致。在最大重子效应的情况下,理论估计仍然与$V_{max} < 60$ km/s的观测值有很大的偏差。CDM预测至少有1.8倍以上的星系与$V_{max} = 50$公里/秒和2.5倍以上的观测在$30$公里/秒。最近的流体动力学模拟似乎解决了这种差异,但不同意所观察到的星系与解决运动学的属性。(节略)
2017-09-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
Re-Examining Astrophysical Constraints on the Dark Matter Model
最近包括冷暗物质(CDM)和重子在内的高分辨率模拟表明,重子物理学可以极大地改变星系的暗物质结构。这些结果修改了我们对观测到的星系演化和结构的预测。考虑到这些更新的期望,现在是时候重新审视暗物质模型的观测约束了。一些观察评论,可能间接跟踪暗物质,并可能有助于确认或否认可能的暗物质模型。暖暗物质(WDM)和自相互作用暗物质(SIDM)是目前最受欢迎的CDM替代模型。对WDM粒子质量的限制要求它非常重,以至于WDM几乎无法与CDM区分。SIDM的最佳观测测试可能是在昏暗矮星系的暗物质分布中,但SIDM中缺乏解释重子作用的星系结构的理论预测。
2014-07-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
A rumble in the dark: signatures of self-interacting dark matter in Super-Massive Black Hole dynamics and galaxy density profiles
首次探讨了流体动力学宇宙学模拟中自相互作用暗物质(SIDM)对大质量星系中暗物质(DM)和重子分布的影响,包括显式重子物理处理.一种新的实现超大质量黑洞(SMBH)的形成和演化的使用,在Tremmel等人。(2015,2016),允许明确遵循星系中心的SMBH动力学。选择高SIDM恒定横截面,$σ$ =10 $\rm cm^2/gr$,以放大与CDM模型的差异。类似银河系的星系在SIDM中形成的DM密度分布比在CDM中形成的DM密度分布更浅,差异已经达到20 kpc尺度。这表明,即使对于最大质量的螺旋,SIDM的影响也超过了重子引起的绝热收缩。引人注目的是,SMBHs的动态在SIDM和参考CDM情况下不同。在SIDM和CDM运行中,大质量螺旋中的SMBH都沉到了宿主星系的中心,而在较小质量的星系中,SIDM运行中大约有80个$\%$的SMBH人口偏离了中心,而在CDM运行中,$\sim$ 90个$\%$的SMBH已经到达了宿主星系的中心。SMBH被发现在距离SIDM星系中心$\sim$ 9千秒差距的地方。这种差异是由于SIDM星系中DM密度较CDM低而导致的动力学摩擦时间尺度增加,从而导致“核心失速”。这项试点工作突出了在一个完整的流体动力学背景下,不同的DM模型相结合的SMBH物理模拟的重要性,研究它们对星系形成的影响。
2017-05-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Review of solutions to the Cusp-core problem of the $Λ$CDM Model
本文旨在向该领域提出尖点核心问题的概述,包括讨论其主张的解决方案,评估每个解决方案如何令人满意地提供中心密度的描述。无论尖点核问题是否反映了我们对暗物质、引力的性质,以及重子与暗物质在这些尺度上相互作用的影响的把握不足,包括在半解析模型或完全数值代码中,它的解决方案要么表明宇宙学需要范式的改变,要么表明我们在消除$Λ$ CDM范式的更精细细节方面缺乏成功。
2022-09-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
The distribution of HI velocity profiles in a $Λ$CDM universe
我们模拟的分布所观察到的配置文件的中性氢(HI)在中央星系的中性氢(HI)从本地宇宙在拉姆达冷暗物质框架的统计代表性的模拟目录。这些HI速度剖面的分布(具体地说,它们的宽度$W_{50}$)已经被观测约束,但还没有系统地进行理论研究。我们的模型配置文件来自现实的重子化晕在N体模拟的旋转曲线,包括准绝热松弛的暗物质配置文件的每个晕在响应其重子。我们研究预测的$W_{50}$分布使用一个现实的管道应用到噪声配置文件从我们的亮度完整的模拟目录与ALCARFA一样的调查几何和红移选择。我们的默认模拟与观测到的$W_{50}\gtrsim700$ km/s的ALDERFA结果非常一致,由于$M_r\leq-19$的固有阈值,在较低的宽度处不完整。默认模型周围的变化表明,速度宽度函数在$W_{50}\gtrsim300$公里/秒是最敏感的星系倾角和主机浓度之间的可能的相关性,其次是准绝热弛豫的物理。我们还研究了多余的峰度的无噪声的速度分布,获得的分布紧密相关的$W_{50}$,形状和分散,取决于湍流HI盘的属性。我们的结果打开了大门,使用形状的HI速度剖面作为一种新的统计探针的重子-暗物质连接。
2021-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cusp-core problem and strong gravitational lensing
对星系形成的宇宙学数值模拟显示,纯冷暗物质晕向中心的密度分布呈尖形,这与以冷暗物质为主的矮星系和低表面亮度盘状星系的自转曲线观测结果存在明显的矛盾,后者倾向于具有平坦中心核的质量分布。近年来,人们为解决这个尖点-核问题做了大量的工作,其中重子-冷暗物质相互作用被认为是消除冷暗物质(CDM)尖点的主要物理机制。很明显,重子-冷暗物质的相互作用并不仅仅是为CDM主导的盘星系定制的,而是为所有类型的盘星系定制的,包括巨大的椭圆星系。我们首先用Burkert剖面拟合最近的高分辨率自转曲线观测值,然后用约束的核尺寸-晕质量关系计算透镜频率,并将预测结果与强透镜观测值进行比较。不幸的是,事实证明,盘状星系旋转曲线限制的核心尺寸无法外推到巨型椭圆星系。我们的结论是,在标准宇宙学范式中,重子-冷暗物质相互作用不是星系形成的普遍机制,因此,它们不能真正解决尖核问题。
2009-10-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Around The Way: Testing $Λ$CDM with Milky Way Stellar Stream Constraints
最近对银河系5和GD-1潮汐流的分析表明,银河系内部的暗物质晕接近于球形,与宇宙结构形成的无碰撞N体模拟的预测相矛盾。我们使用厄里斯模拟测试相结合的耗散物理和层次结构的形成是否可以产生银河系般的星系,其暗物质晕匹配的潮汐流约束GD-1和GD-5集群。我们使用模拟的厄里斯星系的动力学模型来产生GD-1和1955潮汐流的许多实现,边缘化的集群银河系中心的位置和速度的观测不确定性,并与观测约束比较。我们发现,重子和暗物质贡献的厄里斯的总密度和潜力满足现有的银河系恒星流数据的约束,因为重子都轮和重新分配的暗物质在星系的耗散形成,并提供一个集中的质量分布,轮内部潜力。厄里斯暗物质晕或球形Navarro-Frenk-White暗物质在模拟流数据时工作得很好。相比之下,等效的暗物质-只有ErisDark模拟产生一个长晕,不能再现所观察到的流数据。正在进行的盖亚任务将提供决定性的测试之间的一致性$Λ$ CDM和银河系流,并应区分像厄里斯和更多的球形晕模型。
2018-04-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Critical Assessment of Solutions to the Galaxy Diversity Problem
银河系自转曲线呈现出各种各样的内斜率。观测数据表明,解释这种多样性可能需要一种机制,即星系表面亮度与其暗物质晕的最中心区域相关。在这项工作中,我们比较了几个具体的模型,捕捉相关的物理所需的解释星系的多样性问题。我们专注于一个自相互作用的暗物质(SIDM)模型的等温核心和两个冷暗物质(CDM)模型与/不重子反馈。与CDM的情况相反,SIDM模型可以导致在晕中形成等温核,并且对作用于较长时间尺度的重子反馈过程也不敏感。使用旋转曲线从90个星系的斯皮策光度计和准确的旋转曲线(ARR)目录,我们进行了全面的模型比较,解决问题的统计方法从以前的作品。我们恢复的最佳拟合晕模型与标准CDM浓度质量和丰度匹配关系一致。我们发现,无论是SIDM和反馈影响的CDM模型是更好地解释样品中的低和高表面亮度星系的旋转曲线比CDM模型没有反馈。然而,相互比较时,有没有强烈的统计偏好无论是SIDM或反馈影响的CDM晕模型作为源的星系多样性的星表。
2022-06-20 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Galaxies in a Simulated $Λ$CDM Universe II: Observable Properties and Constraints on Feedback
我们比较了在宇宙学模拟中形成的星系在z=0时没有强反馈的观测特性。我们证实了以前的研究结果,没有强反馈的模型过度产生所观察到的星系重子质量函数,特别是在低和高质量的极端。通过后处理,我们调查什么样的反馈将需要重现观测到的星系质量和恒星形成率。为了模仿一种极端形式的“预防性”反馈(例如,AGN无线电模式),我们删除所有的重子质量,最初是通过“热模式”从冲击加热的气体吸积。这并没有使星系质量函数的高质量端与观测结果一致,因为这些系统中的大部分恒星质量是在高红移下从重子中形成的,这些重子最初是通过“冷模式”吸积到低质量的祖先上的。一个有效的“弹射”反馈机制,如超新星驱动的风,必须减少这些祖先的质量。反馈还必须减少质量较低的z=0星系的质量,这些星系以较低的红移聚集,恒星形成率也要低得多。如果我们单调地重新映射星系质量来重现观测到的质量函数,但保留模拟的预测恒星形成率,我们得到相当好的协议与观测序列的恒星形成星系,但未能恢复观察到的人口被动,低恒星形成率星系。抑制所有的热模吸积提高了高质量星系的协议,但在中等质量的协议。再现这些z=0的观测结果需要一种反馈机制,这种机制可以极大地抑制一小部分星系中的恒星形成,随着质量的增加而增加,同时使其他星系的恒星形成率基本不变。
2009-05-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Core-Cusp Problem Revisited: ULDM vs. CDM
核心尖点问题是一个被广泛引用的动机探索暗物质模型超越标准CDM。其中一个替代方案是ULDM;在千秒差距尺度上表现出波动性质的极轻标量粒子。天体物理上真实的ULDM晕预计由嵌入NFW样外晕的内孤子核心组成。孤子核心的存在表明,ULDM可以解决与纯NFW晕核心尖点的差异,而不求助于重子物理。然而,它已被证明,密度的ULDM晕可以超过那些可比的NFW配置在某些半径和晕质量,显然加剧了问题,而不是解决it. This情况出现,因为,虽然孤子核心是平坦的,在其中心,他们服从逆质量半径标度关系。同时,内孤子的质量随着总晕质量的增加而增加,因此,在大晕质量处,内核变得更加尖峰化。我们描述了一个参数化的径向密度分布的ULDM晕,允许环境变化的核心晕质量关系,以更详细地调查这个问题。对于质量为10^12太阳质量的晕,我们发现了可行的ULDM轮廓,其中心密度低于天体物理可达半径处的NFW对应物。然而,观察到的配置文件的比较并不强烈支持任何一个选项,都给合理的适合一些参数选择的数据子集。因此,我们发现,在ULDM的核心尖点问题的强大的测试将需要更全面的观测数据和模拟,包括重子反馈。
2020-01-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Mergers in Lambda-CDM: Uncertainties in Theoretical Predictions and Interpretations of the Merger Rate
不同的方法导致预测星系合并率的数量级变化。我们研究并量化了主要的不确定性。不同的晕合并率和subhalo的“破坏”率同意在一个因素~2给予适当的照顾的定义。然而,如果(子)晕质量没有被适当地定义或分辨率不足,主要的合并率可以显着抑制。星系合并率的主要差异是由于重子物理学。没有反馈的流体动力学模拟和与观测到的星系质量函数不一致的旧模型在合并率中传播了5倍的偏差。然而,如果模型匹配的星系质量函数,中央星系的属性是足够收敛,合并率的差异很小。但是卫星重子物理的变化也有戏剧性的影响。在大多数半解析模型(SAM)中,卫星“过度淬火”的已知问题,即SAM卫星过于有效地剥离气体,可能导致低质量,富含气体的星系合并率的数量级低估。将卫星属性固定到观测值往往会预测更高的合并率,但具有因子2的经验不确定性。质量比定义的选择很重要:在低质量时,大多数真正的主要合并(在重子/动力学星系质量中)在恒星或光度质量比中看起来都是次要的合并。使用这些标准的观察和模型可能会低估主要的合并率的因素~5。轨道参数和气体分数也引入因子3的合并形成的隆起量的差异,即使是固定的质量比遇到。
2010-09-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Angular momentum evolution for galaxies in a Lambda-CDM scenario
星系形成在当前的宇宙学范式中是一个非常复杂的过程,其中流入,流出,相互作用和合并是常见的事件。这些过程可以重新分配重子的角动量含量。最近的观测结果表明,盘形成守恒角动量,而椭圆星系,虽然失去角动量,确定星系的特定角动量和恒星质量之间的相关性。这些观测结果提供了严格的限制,星系形成模型在一个层次聚类的情况下。我们的目的是分析特定的角动量含量的光盘和隆起组件作为维里质量,恒星质量和红移的函数。我们还估计了模拟星系的大小,并与观测结果进行了对比。我们使用宇宙流体动力学模拟,包括一个有效的,物理动机的超新星反馈,这是能够调节恒星形成的晕不同的质量。我们分析了宇宙学模拟中星系样本的形态和形成历史,通过对所分析的系统及其祖先进行膨胀盘分解。我们估计的角动量内容的恒星和气体盘,恒星的隆起和重子总数。与最近的观测结果相一致,我们模拟的星系有光盘和球状体组件的特定角动量内容确定与恒星和暗物质质量具有相同的斜率的相关性,虽然球状体组件偏移了一个固定的分数。节录。
2015-08-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Preference for Cold Dark Matter over Superfluid Dark Matter in Local Milky Way Data
在星系尺度上,暗物质和重子之间存在着许多众所周知的相关性。这些相关性基本上可以包含在观测到的和重子加速度之间的简单标度关系中,历史上称为质量离散加速度关系(MDAR)。这种关系的存在促使许多理论试图通过调用重子上的额外基本力来解释这种相关性。标准的传说是,一个理论,减少到星系尺度上的MDAR,但行为像冷暗物质(CDM)在更大的尺度上提供了一个非常适合的数据,因为CDM是可取的星系团和以上的规模。然而,这一说法应该根据最近的结果进行修改,这些结果表明,再现MDAR的基本力受到当地银河系动力学和5-18 kpc之间的旋转曲线数据的挑战。在这项研究中,我们以超流体暗物质为例来验证这一说法。我们发现,一个标准的CDM模型是首选的静态超流配置文件假设一个稳态的银河系磁盘和讨论的鲁棒性,这一结论的不平衡效应。这种偏好是由于超流体模型过度预测了垂直加速度,即使在复制银河系旋转曲线时也是如此。我们的结果建立了一个重要的标准,任何暗物质模型必须满足银河系内。
2023-01-16 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Can $Λ$CDM model reproduce MOND-like behavior?
通常认为MOND模型可以很好地描述只有重子物质而没有暗物质的星系自转曲线,而$Λ$ CDM模型则难以再现MOND模型的行为。在这里,我们使用EAGLE的数据来了解$Λ$ CDM模型是否可以重现MOND类行为。EAGLE的模拟结果清楚地再现了$a_b\gtrapprox 10^{-12}\text{m/s}^2$在$z=0$的MOND样行为,尽管加速度常数$a_0$比观测数据显示的稍大。我们发现,$a_0$增加的红移的方式不同Milgrom提出的($a_0\propto H$)。因此,虽然星系自转曲线可以用MOND的经验函数在$Λ$ CDM模型中拟合,但$a_0$和哈勃常数之间没有明确的联系。我们还发现在$z\gtrapprox 1$的$a_0$与在$z=0$的$a_0$很好地分离。一旦我们观测到足够多的高红移星系,我们将能够排除基于MOND经验函数的修正引力模型,该函数具有与z无关的$a_0$。
2017-12-01 astro-ph.GA gr-qc hep-th