Imprint of a Steep Equation of State in the growth of structure
研究了由陡态方程（SEoS）$w(z)=w_0+w_i\frac{(z/z_T)^q}{1+(z/z_T)^q}$确定的暗能量动力学分量的宇宙学性质。SEoS在$z_T$处有一个在两个关键值（$w_i, w_0$）之间的过渡，这两个关键值可以被认为是$w$的早期值和现在值，陡度由$q$给出。我们描述了这种动态DE在背景和微扰水平的影响。跃迁的陡度比用$w=w_0+w_a(1-a)$的传统CPL模型有更好的宇宙学拟合。此外，我们还分析了跃迁陡度对物质扰动增长和结构形成的影响。这在线性物质功率谱$P(k)$、对数增长函数$fσ_8(z)$和微分质量函数$dn/d\log M(z=0)$中是明显的。在我们的SEoS和$ΛCDM$模型中使用相同的宇宙学基线参数，最后三个量的差异是在100 - 200水平。然而，我们发现功率谱增加，在$k\approx k_T$处产生凸起，其中$k_T\equiv a_TH(a_T)$是与陡峭转变时间（$a_T = 1/(1+z_T)$）相关的模式。DE的不同动力学导致目前DM的不同量，这对功率谱和相应的结构形成产生影响。
2019-06-23 astro-ph.CO
Using Strong Lensing to Detect Subhalos with Steep Inner Density Profiles
Princeton University（普林斯顿大学）；Newcastle University（纽卡斯尔大学）；Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute（平顿研究所计算天体物理中心）；Carnegie Observatories（卡内基观测站）；Tel Aviv University（特拉维夫大学）
本文研究了暗物质次亚晕的内密度分布对强引力透镜观测检测能力的影响，发现陡峭内分布的次亚晕在复杂质量模型下仍可被检测，而NFW分布的次亚晕则难以检测。
2026-09-09 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Growth Rate in the Dynamical Dark Energy Models
具有缓慢滚动的宇宙标量场的暗能量模型提供了一种流行的替代标准的与时间无关的宇宙学常数模型。研究了具有Ratra-Peebles自相互作用势的标量场模型中背景膨胀和增长的同时演化。我们使用最近的测量的线性增长率和重子声学振荡的峰值位置来约束模型参数$α$，描述的标量场势的陡度。
2014-08-28 astro-ph.CO
Splashback in accreting dark matter halos
最近的研究表明，暗物质晕外围的密度分布在很窄的半径范围内会变得非常陡峭。这种行为是由回溅物质在吸积后第一次通过离心时产生的。我们表明，这个回溅功能的位置可以很简单地理解，从第一原理。我们提出了一个简单的模型，球形崩溃的基础上，准确地预测溅回的位置，没有任何自由参数。决定回溅半径的重要物理量是吸积率和红移。
2014-09-16 astro-ph.CO
Constraints on interacting dark energy models from galaxy Rotation Curves
[摘要]高分辨率N体模拟最近表明，高度非线性宇宙结构的结构特性，例如在给定质量下的平均浓度，可以在暗能量和暗物质之间的相互作用中显着修改。虽然恒定的相互作用强度导致不太集中的密度分布，耦合函数的时间急剧增长已被证明可以确定在广泛的质量范围内的晕浓度大幅增加，包括典型的晕托管发光螺旋星系。这决定了在标准$Λ$ CDM模型中出现的“尖核”张力的实质性恶化，并提供了一种直接的方式来约束暗能量相互作用的形式。在本文中，我们利用一些高分辨率的N体模拟的一个特定类别的相互作用的暗能量模型的结果比较预测的旋转曲线的发光的旋涡星系形成在这些宇宙学与实际观测数据。我们的研究结果表明，一些特定的相互作用的暗能量的情况下，具有急剧增长的耦合函数的时间-这是几乎无法区分的LCDM在背景中-不能适合所观察到的旋转曲线的发光螺旋星系，因此可以排除只有在小尺度结构的动力学性质的基础上。我们的研究是小尺度下暗能量相互作用影响的初步调查，并演示了可见星系的动力学性质如何在某些情况下对暗能量的性质提供直接约束。
2012-02-21 astro-ph.CO
Challenges in Cosmology from the Big Bang to Dark Energy, Dark Matter and Galaxy Formation
我回顾了大爆炸宇宙学的现状，重点是暗物质，暗能量和星系形成的当前问题。这些主题激发了实验宇宙学的许多当前目标，其范围从针对暗能量和暗物质的性质到探测第一批恒星和星系的时代。
2016-12-20 astro-ph.CO
Unified early and late Universe cosmology through dissipative effects in steep quintessential inflation potential models
通过利用一类陡峭的指数型的潜力，这是最近被用来描述典型的通货膨胀，我们展示了如何一个统一的图片为通货膨胀，暗能量和暗物质可以出现完全通过耗散效应。耗散提供了一种方法来扩展这些势的更大类的适用性，在这个意义上，导致一致的早期宇宙暴胀图片和生产与普朗克遗留数据一致的观测值。同样，耗散效应导致暗物质的产生具有一致的丰度，并且在宇宙的最近时间，驱动标量经典场的势能再次占主导地位，基本上模仿了今天的宇宙学常数，所有宇宙学参数与观测结果一致。早期和晚期的宇宙都是相互联系的，并且在这两者之间没有kination时期。
2019-12-17 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Steepening mass profiles, dark matter and environment of X-ray bright elliptical galaxies
我们使用一种新的非参数贝叶斯方法来获得最可能的质量分布和圆速度曲线以及它们的置信范围，给出了X射线明亮的椭圆星系周围的热气体的密度和温度分布。对于六个X射线明亮的椭圆星系的样本，我们发现，所有的圆速度曲线上升的外部部分，由于一个上升的温度分布和对数压力梯度的大小增加的组合。比较我们从X射线得到的圆速度曲线和从动力学模型得到的圆速度曲线，我们发现前者在中心~10 kpc处往往较低。这可能是由于以下因素的组合：i）压力中高达35%的非热贡献（在NGC 4486中具有更强的影响），ii）热气中的多温度成分，iii）动力学模型中不完整的运动学空间覆盖，以及iv）动力学模型中不够普遍的质量分布。补充总质量信息的X射线与测光和恒星星族模型推断的暗物质含量，我们发现的证据，大规模的暗物质晕的暗物质质量分数约35-80%，在2 Re，上升到最大的80-90%，在最外半径。我们还发现这六个星系遵循斜率约为4的Tully-Fisher关系，它们在1 Re处的圆速度与当地环境的速度色散有很强的相关性。因此，在1 Re的星系光度也与环境的速度色散相关。这些关系表明中央X射线明亮椭圆星系的性质与它们的环境之间有着密切的联系。
2010-07-29 astro-ph.CO astro-ph.HE
Hierarchical Formation of Dark Matter Halos and the Free Streaming Scale
最小的暗物质晕首先在早期宇宙中形成。根据最近的研究，这些晕的中心密度尖点比像$ρ\propto r^{-(1.5-1.3)}$这样的更大的晕和尺度要陡得多。我们目前的结果非常大的宇宙学$N$体模拟的层次形成和演化的晕在很宽的质量范围内，从最小的晕的形成。我们证实了早期的研究，即在自由流动尺度下，内密度尖点在晕中更陡峭。尖点斜率随着晕质量的增加而逐渐变浅。质量比最小晕大50倍的晕的斜率约为$-1.3$。内坡与崩塌期之间没有很强的相关性。在自由流尺度之上的晕的尖点斜率似乎主要由于主要的合并过程而减小。在目前的宇宙中，估计的浓度预计为$60-70$，与理论模型和早期的模拟一致，并排除了简单的幂律质量浓度关系。微晕可能仍然存在于目前的宇宙中，具有相同的陡峭密度分布。
2014-05-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Quinstant Dark Energy Predictions for Structure Formation
我们探讨了一类暗能量模型的预测，quinstant暗能量，在宇宙中的结构形成，无论是在线性和非线性制度。准瞬间暗能量被认为是由精粹和负的宇宙学常数形成的。我们的结论是，这些模型给出了很好的预测结构形成的线性制度，但未能做到这一点，在非线性的红移大于1。
2009-06-19 astro-ph.CO
Effects of dark matter in star formation
结构形成的标准模型假设早期宇宙中存在由于引力不稳定性而增长的小波动。这些波动的起因至今尚不清楚。在这项工作中，我们提出了暗物质在早期宇宙中为恒星形成提供种子的作用。最近的观测也支持了暗物质在这些第一批恒星形成中的作用。有了这个，我们设置可观察到的约束的光度，温度和这些早期恒星的寿命与暗物质的混合物。
2019-02-05 astro-ph.CO
Formation rates of Dark Matter Haloes
我们推导出的暗物质晕的形成率每单位体积的晕质量和红移的函数的估计。对暗物质晕的数密度的分析估计在模拟几种宇宙学现象中是有用的。我们使用偏移集理论计算了暗物质晕的形成率。我们使用的方法，使我们能够区分主要和次要的合并，因为这是一个相关的问题，半解析模型的星系形成。我们计算形成率的Press-Schechter和Sheth-Tormen质量函数。我们表明，以这种方式计算的形成率是积极的在所有尺度。我们评论Sasaki形式主义，负晕形成率。我们的估计与各种模型的N-Body模拟相比非常好。我们还讨论了晕的存活概率和形成红移分布。
2011-12-27 astro-ph.CO
An Empirical Model for the Star Formation History in Dark Matter Halos
我们发展了一种经验方法来推断恒星形成率的暗物质晕的星系恒星质量函数（SMF）在不同的红移和本星系团星系光度函数（CGLF），它有一个陡峭的暗端相对于本星系的SMF。由于卫星星系通常是较早吸积的老星系，这一特征对高红移低质量星系的形成具有重要的限制作用。SMF的演化表明，在高质量晕（$>10^{12}M_{\odot}h^{-1}$）中的恒星形成必须在高红移时得到增强，这超出了从动力学时间的简单标度所预期的。CGLF的暗端意味着一个特征红移$z_c\approx2$，高于该红移，质量为$< 10^{11}M_{\odot}h^{-1}$的低质量晕中的恒星形成率相对于低z时必须增强。这并不是标准恒星反馈模型所直接预期的。此外，这种增强导致了一些有趣的预测，例如，一个显着的老恒星星族在今天的矮星系与$M_* < 10^8 M_{\odot}h^{-2}$和陡峭的斜率高红移恒星质量和恒星形成率函数。
2014-01-09 astro-ph.CO
Contributions of dark matter annihilation within ultracompact minihalos to the 21cm background signal
在宇宙的黑暗时代，任何外来源，如暗物质湮灭，将能量注入星系际介质（IGM），都会在21 cm背景信号上留下印记。最近，人们提出了一种新的暗物质结构，称为超致密暗物质微晕（UCMHs）。在UCMH内部附近，暗物质粒子的分布比一般暗物质晕$ρ_{\rm UCMHs}(r) \sim r^{-2.25}$陡，UCMH的形成时间比一般暗物质晕$z_c \sim 1000$早。因此，可以排除UCMH中的暗物质湮灭对21 cm背景信号的影响。本文研究了UCMH中暗物质湮灭对21 cm背景信号的贡献。
2016-12-20 astro-ph.CO
Dark Matter Halos in Interacting Dark Energy Models: Formation History, Density Profile, Spin and Shape
相互作用暗能量（IDE）模型考虑了暗能量与暗物质之间的相互作用，为解决符合问题提供了一种自然的机制，也可以缓解$Λ$ CDM模型下的观测紧张。以往的研究通过对宇宙膨胀历史、宇宙微波背景和大尺度结构的观测对IDE模型进行了限制。然而，这些数据还不足以有效地区分IDE模型和$Λ$ CDM。由于非线性结构的形成包含了丰富的宇宙学信息，它可以提供额外的手段来区分不同的模型。本文基于一组IDE模型的$N$体模拟，研究了暗物质晕的形成历史和性质，并与$Λ$ CDM模型进行了比较。对于暗物质衰减为暗能量的模型，参数是先前约束的最佳拟合值，结构形成明显减慢，并且晕具有系统的较低质量，较松散的内部结构，较高的自旋和各向异性。这与观察到的结构形成不一致，因此从非线性结构形成的角度可以安全地排除该模型。此外，我们发现IDE和$Λ$ CDM对应物之间的晕浓度比敏感地依赖于相互作用参数，而与晕质量无关。这可以作为一个强大的探测器来约束IDE模型。我们的结果具体地表明，两个暗分量的相互作用可以影响晕的形成相当大，因此，来自非线性结构的约束是必不可少的。
2022-01-24 astro-ph.CO
The Abundance and Structure of Subhaloes near the Free Streaming Scale and Their Impact on Indirect Dark Matter Searches
暗物质粒子的自由流动运动在物质功率谱中留下了一个截止点，并设定了最小暗物质晕的尺度。最近的宇宙学$N$体模拟表明，在自由流尺度附近的晕中，中心密度尖点比更大质量的晕中要陡得多。在这里，我们研究的丰度和结构的subhaloes附近的自由流标度在非常高的红移使用一套前所未有的大宇宙学$N$体模拟，在很宽的范围内的主机晕质量。的subhalo丰度被抑制强烈低于自由流动的规模，但subhalo质量函数之间的比率，在截止和没有截止模拟是很好地拟合由一个单一的校正函数，无论主机晕质量和红移。在subhaloes，中央的斜坡是相当浅，比在现场晕，但是，仍然比NFW的配置文件陡峭。与此相反，在晕下的浓度明显大于晕，并取决于晕下的质量。我们比较了两种方法外推的质量浓度关系的晕和subhaloes z=0，并提供了一个新的简单的拟合函数subhaloes，一套大的宇宙学$N$体模拟的基础上。最后，我们估计湮没助推因子的牛奶路大小的晕是1.8和6.2之间。
2020-01-09 astro-ph.CO
Molecular Chemistry for Dark Matter II: Recombination, Molecule Formation, and Halo Mass Function in Atomic Dark Matter
耗散暗物质预测了丰富的可观察现象，可以通过未来的大尺度结构调查来测试。作为一个具体的例子，我们研究原子暗物质，由一个重粒子和一个轻粒子在暗电磁下带电。特别地，我们计算了原子暗物质的宇宙学演化，着重于暗复合和暗分子的形成。我们通过重新调整正常氢的速率来获得相关的相互作用速率系数，并使用修改后的Recfast++（我们已在https：//github.com/jamesgurian/RecfastJulia上公开发布）来计算电离态、原子态和分子态的丰度。我们还提供了一个分析近似的最终丰度。然后，我们计算了原子暗物质对线性功率谱的影响，它通过暗光子扩散和暗声振荡进入。在形成时，原子暗物质模型抑制晕丰度的尺度小于扩散尺度，就像温暖的暗物质模型抑制丰度低于自由流动的规模。然而，随后的辐射冷却演化将进一步改变晕的质量函数。
2022-08-06 astro-ph.CO
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
Recent Observations of the Rotation of Distant Galaxies and the Implication for Dark Matter
本文通过模拟表明，若高红移星系陡降旋转曲线普遍存在，则标准暗物质晕形成情景不成立，平坦曲线或需暗物质后期落入或其他解释。
2024-01-24 astro-ph.CO astro-ph.GA
Mass functions and bias of dark matter halos
我们重新研究的质量函数和暗物质晕的偏见。针对稀有质量晕的极限，指出对于晕质量函数的大质量尾，可以得到精确的解析结果。这是最容易从最陡下降的方法，成为渐近精确的罕见事件。我们也重新审视了传统的大规模晕的偏差，与原始密度场中的过密区域。我们检查，理论上的大质量截止同意在数值模拟中测得的质量函数。对于由非线性阈值$δ=200$定义的光晕，这对应于使用线性阈值$δ_L\simeq 1.59$而不是传统值$\simeq 1.686$。我们还提供了一个拟合公式，匹配模拟在所有的质量尺度，并遵守确切的大质量的尾巴。其次，我们注意到拉格朗日-欧拉映射（即与晕运动相关的修正），改进了质量晕偏差的标准解析公式。我们检查，我们的预测，其中不包含自由参数，同意相当好的数值模拟。特别是，它恢复了陡峭的依赖规模的偏见，观察到在较高的红移，出版的拟合公式没有捕捉。这种行为主要是由非线性偏置引起的。
2010-01-19 astro-ph.CO
Quintessential early dark energy
提出由单一标量场及修正陡指数势统一早期与晚期暗能量的模型，并用多类宇宙学数据比较四种势，结果 H0 改善有限且数据总体更偏好 ΛCDM。
2025-05-05 astro-ph.CO gr-qc
The inner dark-matter structure of TNG50 simulated galaxies
Universidad Técnica Federico Santa María（弗雷德里克·Santa María技术大学）；Pontificia Universidad Católica de Valparaíso（瓦爾帕萊索天主教大學）；Universidad Andres Bello（安德烈斯·貝洛大學）
本文研究了TNG50模拟中星系暗物质密度剖面的内斜率，探讨其与星系属性、红移演化及恒星反馈的关系。
2026-11-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Density Jumps Near the Virial Radius of Galaxy Clusters
最近的模拟表明，星系团的暗物质晕在维里半径附近应该具有陡峭的密度跳跃。由于成员星系被期望遵循与暗物质类似的无碰撞动力学，星系密度剖面也应该显示出这样的特征。我们通过为56个低红移（0.1<z<0.3）星系团的样本选择星系团成员，构建它们的投影数密度剖面，并将它们与两个剖面拟合，一个具有陡峭的密度跳跃，一个没有。此外，我们调查的跳跃使用非参数样条方法的存在。我们发现，这些集群中的一些显示出强有力的证据与密度跳跃模型。我们讨论了进一步分析密度跳跃与未来的数据集的途径。
2015-09-24 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
The splashback boundary of haloes in hydrodynamic simulations
回溅半径，$R_{\rm sp}$，是一个物理驱动的晕边界，分离降落和坍缩的物质晕。我们研究了$R_{\rm sp}$在流体动力学和暗物质只有illustrisTNG模拟。$R_{\rm sp}$最常用的特征是径向密度分布最陡的半径。因此，我们明确优化我们的密度曲线拟合曲线斜率，并发现这导致了一个$\sim5\%$更大的半径相比，其他优化。我们计算了质量在$10^{13-15}{\rm M}_{\odot}$之间的晕的$R_{\rm sp}$作为晕质量、吸积率和红移的函数。$R_{\rm sp}$减少与质量和红移的晕类似的$M_{\rm200m}$与以前的工作。我们还发现，$R_{\rm sp}/R_{\rm200m}$与晕吸积率减少。我们应用我们的分析暗物质，气体和卫星星系与晕调查的观测潜力的$R_{\rm sp}$。气体剖面中最陡斜率的半径始终小于从暗物质剖面计算的值。在观测中经常使用的星系轮廓中，最陡的斜率往往与暗物质轮廓一致，但对于质量较小的晕，斜率较低。我们比较了$R_{\rm sp}$在流体动力学和N体暗物质的模拟，并没有发现一个显着的差异所造成的重子物理。因此，结果从暗物质只有模拟应适用于现实的晕。
2021-05-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Transonic solutions of isothermal galactic winds in a cold dark matter halo
我们在适当的引力势模型中研究了稳定的、球对称的、等温的星系外流的基本性质。我们的目标是建立一个普遍的无标度理论，不仅为星系风，而且从星系团/星系群的风。特别是，我们考虑的质量密度分布的影响下的几种模型的密度分布剖面预测的结构形成的基础上的冷暗物质（CDM）的情况下形成的跨音速星系外流。在这项研究中，我们已经澄清，存在两种类型的跨音速解决方案：从中心区域和从具有有限半径的远区流出，取决于系统的密度分布。对于中心密度梯度足够陡的系统，允许中心有跨音速外流。由此得到的准则有趣地表明，在中心的密度梯度必须比传统CDM模型包括Navarro，Frenk & White（1997）和Moore等（1999）的预测更陡。这一结果表明，一个额外的陡峭的密度分布起源于重子系统，如恒星组件和/或中央大质量黑洞是需要实现跨音速流出的中心区域。另一方面，我们预测流出，这是在银河系中心的郊区开始，并缓慢加速，没有任何激烈的能量注入像星暴事件。这些跨音速外流可能有助于长期的星系际介质的金属富集。
2013-04-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Self-Interacting Dark Matter, Core Collapse and the Galaxy-Galaxy Strong Lensing Discrepancy
针对星系团中星系-星系强引力透镜观测截面与冷暗物质预测存在的数量级偏差，研究发现将暗物质子晕内密度分布调整为更陡斜率可缓解该偏差，这类陡斜率可由自相互作用暗物质核坍缩模型解释，推动了相关后续研究。
2024-12-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
The dichotomy of dark matter fraction and total mass density slope of galaxies over five dex in mass
我们分析的质量密度分布在星系中心的质量范围内的五个数量级。利用高质量的旋涡星系自转曲线和红外测光，我们进行了系统的研究，其中心暗物质分数（$f_{\rm DM}$）和质量密度斜率（$α$），在其有效半径。我们发现，较低质量的螺旋星系更多的暗物质为主，有更浅的质量密度斜率相比，更大质量的星系，其密度分布更接近等温。低质量（$M_{\star} \lesssim 10^{10}\, \rm M_{\odot}$）富气螺旋的\fdm \值范围很广，但系统地低于类似质量的贫气系统。随着星系质量的增加，\fdm值减小，密度分布变陡.在质量最大的晚型贫气体星系中，观察到这些趋势可能变平。当将这些结果与来自SPIDER的大质量（$M_{\star} \gtrsim 10^{10}M_{\odot}$）椭圆星系和来自SMACKED的矮椭圆星系进行比较时，这些趋势被颠倒了。因此，作为$M_{\star}$的函数，$f_{\rm DM}$和$α$的值都呈现U形趋势。在恒星质量固定的情况下，矮椭圆星系的质量密度剖面比螺旋星系的陡。这些趋势可以理解的恒星反馈从一个更长的恒星形成期的螺旋，导致转变的初始陡峭的密度尖更浅的配置文件通过差分反馈效率的超新星，星系合并或AGN反馈在更高质量的星系。
2019-09-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Unifying Early and Late Dark Energy: Dynamical Requirements and Obstructions
University of Hawai‘i（夏威夷大学）
本文研究单个标量场能否同时解释早期暗能量（缓解哈勃张力）和晚期宇宙加速，通过自下而上和自上而下分析，发现需要具有陡-更陡-浅三级斜率势的动力学要求，并对统一模型构建施加严格约束。
2026-09-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
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
An unexpected high concentration for the dark substructure in the gravitational lens SDSSJ0946+1006
在引力透镜星系SDSSJ 0946 +1006中，通过对透镜图像的扰动，先前已经发现了一个不可见的子结构。利用主晕和次晕扰动的灵活模型来拟合透镜图像，我们证明了次晕具有非常高的中心密度和陡峭的密度斜率。次晕的推断浓度远高于类似质量的$Λ$ CDM晕的预期浓度分散度。对于我们所有的透镜模型，我们稳健地推断出在1 kpc内的次晕投影质量为$\sim 2$ - $3.7\times 10^9$ M $_\odot$（$>$ 95% CL），而在0.75-1.25 kpc的径向范围内的次晕投影密度分布的平均斜率被限制为比等温（$γ_{2D} \lesssim -1$）更陡。通过对次晕光的直接模拟，我们得到了其亮度$L_V < 1.2\times 10^8L_\odot$在95%CL处的保守上界，表明扰动源是暗物质。为了与$Λ$ CDM的预期进行比较，我们分析了在许多视线上的Illustris TNG 100 -1模拟中类似透镜星系内的subhalos，并发现数百个subhalos在$\gtrsim 2\times10^9M_\odot$的1 kpc内实现了投影质量。然而，只有不到1%的模拟观测结果产生的对数斜率足够陡，与我们的透镜模型相一致，它们$all$恒星质量超过观测所允许的数量级或更多。我们的结论是，这样一个黑暗的，高度集中的次晕的存在是出乎意料的$Λ$ CDM宇宙。最后，我们表明，…
2020-11-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
The edge of galaxy formation III: The effects of warm dark matter on Milky Way satellites and field dwarfs
在本系列的第三篇论文中，我们研究了粒子质量为$m_\mathrm{WDM}=3\,\mathrm{keV}$的暖暗物质对宇宙中最小星系的影响。我们提出了一个样本的21个流体动力学宇宙学模拟的矮星系和20个模拟的卫星-宿主星系的相互作用，我们都在冷暗物质（CDM）和暖暗物质（WDM）的情况下进行。在WDM模拟中，我们观察到一个更高的临界质量的恒星形成的开始。在WDM中，结构生长被延迟，因此WDM晕的恒星星族比CDM晕平均年轻两个陀螺。然而，尽管这种延迟的恒星形成，CDM和WDM星系都能够再现观测到的速度色散，恒星质量，大小和金属丰度的标度关系在$z=0$。WDM卫星晕在银河系质量主机更容易受到潮汐剥离，由于其浓度较低，但他们的星系甚至可以生存更长的时间比CDM同行，如果他们生活在一个暗物质晕与陡峭的中央斜坡。与我们以前的CDM卫星研究一致，我们观察到WDM卫星的中央暗物质密度斜率由于剥离而变陡。CDM和WDM之间卫星星系平均恒星年龄的差异，可以在未来用于解开这两个模型。
2019-02-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Uchuu-UniverseMachine dataset: Galaxies in and around Clusters
在Uchuu $N$ -body宇宙学模拟中，利用UniverseMachine算法将星系分配到暗物质晕中，给出了Uchuu-UM星系表的公开数据发布.它包括各种重子性质的所有星系下降到$\sim 5\times10^8 M_{\odot}$与晕的质量范围为$10^{10}<M_{\rm halo}/M_{\odot}<5\times10^{15}$到红移$z=10$。Uchuu-UM在$ 8(h^{-1} {\rm Gpc})^3$的体积中包含了超过$10^{4}$星系团大小的晕，再现了在$z=0-7$的红移范围内观测到的恒星质量函数、星系淬灭分数和低红移下的星系团统计。与以前最大的UM目录相比，Uchuu-UM目录包括更多由大质量暗物质晕托管的大质量星系。总的来说，暗物质晕中星系的数密度分布遵循暗物质分布，在回溅半径附近分布变得陡峭，在更大的半径处变得平坦。星系的数量密度分布往往是陡峭的恒星质量较大，并取决于星系的颜色，与红色星系有陡峭的斜率在所有半径比蓝色星系。淬火分数表现出强烈的依赖于恒星质量和增加对内部区域的集群。这里提供的公开可用的Uchuu-UM星系目录可以用来模拟正在进行和即将进行的大型星系调查。
2022-12-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
WIMPs and stellar-mass primordial black holes are incompatible
我们最近表明，假设超紧凑的迷你晕与陡峭的密度分布不会形成在现实的模拟与增强的初始扰动。在本文中，我们假设一小部分的暗物质组成的原始黑洞（PBH）和模拟的形成结构周围。我们发现，在这种情况下，晕陡峭的密度剖面的形式，与理论预测一致。如果其余的暗物质由弱相互作用大质量粒子（WIMPs）组成，我们还表明这些晕最内部致密部分的WIMPs将湮灭并产生可检测的伽马射线信号。没有探测到这个信号意味着PBH最多只占暗物质的十亿分之一，前提是它们的质量大于太阳质量的百万分之一。类似地，探测到多光子带隙黑洞意味着剩余的暗物质不可能是弱相互作用粒子。
2019-08-15 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Self-Interacting Dark Matter from Gravitational Scattering
我表明，10^4太阳质量和速度为10 km/s的暗物质物体的引力散射，提供了自相互作用暗物质模型所需的每单位质量的横截面，减轻了无碰撞冷暗物质模型的小尺度结构的挑战。对于质量为10^4*（M_4）太阳质量的原始天体，以矮星系特有的速度色散（10*（v_1）km/s）运动，每单位质量的引力散射截面为10*[M_4/（v_1）^4] cm^2/g。随着速度的增加，相互作用的急剧下降解释了为什么在大质量星系和星系团的数据中，自相互作用并不明显。
2022-04-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gravitational Wave Signatures from Warm Dark Energy
受最近一些沼泽地模型的启发，我们研究了一个暗能量模型，在这个模型中，由于与U（1）或SU（2）规范场的相互作用，一个精粹轴子在一个陡峭的势场中缓慢地滚动。由这种相互作用产生的规范场可以产生频率在$f \sim \left(10^{-16} - 10^{-14}\right)\; {\rm Hz}$范围内的随机引力波背景。在这个范围内的引力波原则上可以用CMB光谱畸变来探测。我们表明，在这个模型中产生的信号的幅度是以上的水平，只有在非常有利的参数选择的检测。
2020-11-12 astro-ph.CO gr-qc
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
Implications of the Cosmic Birefringence Measurement for the Axion Dark Matter Search
我们表明，最近的宇宙双折射效应的约束，由于暗能量可以与约束的耦合的轴子暗物质的光子，依靠一个简单的模型的两个轴子对齐机制与周期性的潜力。由于电势的排列，两个场的一个线性组合提供了一个几乎平坦的方向，并作为暗能量，而另一个组合提供了一个陡峭的方向，并作为暗物质。这个方案解决了已知的暗能量单场模型的概念问题，并预测了我们宇宙暗区上看似不同的约束之间的联系。
2022-10-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
On the dark matter haloes inner structure and galaxy morphology
在本文中，我们扩展了Del Popolo（2010）的研究，以确定具有不同形态的星系晕的内部密度轮廓的斜率。我们研究了星系形态如何改变星系晕密度剖面的内斜率$α$与恒星质量$M_{*}$或自转速度$V_{\rm rot}$之间的关系。为此，我们使用Del Popolo（2009）的模型，结合来自Romanowsky\& Fall（2012）椭圆星系和螺旋星系样本的观测数据，McConnachie（2012）编制的本星系群样本，以及Cloet-Osselaer等人的模拟结果。我们发现$α$的斜率单调地从$V_{\rm rot} \simeq 250$ km/s的$α\simeq -1 $到$α\simeq 0 $。在$V_{\rm rot}\simeq 25$ km/s之后，斜率开始变陡。陡峭化发生在由非旋转支撑的星系主导的质量范围内（例如，dSphs），并取决于旋转和非旋转主导星系的角动量的偏移水平。这种变陡是球状矮星系中重子含量和角动量减少的结果。最后，我们将我们的结果与Di Cintio的SPH模拟进行了比较。我们的结果与他们的模拟结果在定性上是一致的，主要区别是小质量下的内斜率$α$（$M_* \lesssim10^{8} M_{\odot}$）比他们的模拟结果更平坦.因此，在质量略小于$\simeq 10^6 M_{\odot}$的矮星系中找到一个核心（如Di Cintio…
2016-07-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Unification of inflation and dark energy {\it à la} quintessential inflation
这篇教学评论致力于典型的暴胀，它是指使用单个标量场统一暴胀和暗能量。我们提出了一个简短而简洁的描述所需的概念连接两端，其中包括标量场动力学，共形耦合，瞬时预热和遗迹引力波的讨论。典型暴胀的模型大致分为两类，这取决于场势的早期和晚期行为。在第一种类型中，我们包括这样的模型：在宇宙历史的大部分时间里，场势是陡峭的，但在后期变浅;而在第二种类型中，场势在早期是浅的，随后是陡峭的行为。在第一类模型中，暴胀可以通过调用高能膜诱导阻尼来实现，这是促进沿着陡峭势的缓慢滚动所必需的。在第二类模型中，人们可能会调用标量场与大质量中微子物质的非最小耦合，这可能会在中微子转变为非相对论性时的后期引起势的最小值。在这一类中，我们回顾了一类模型与非正则动力学项的拉格朗日，这可以符合最近的B模式偏振测量。正在考虑的情况是区别的动力学阶段的存在，这之前的辐射制度，从而产生蓝色光谱的重力波在通货膨胀期间产生的。我们强调了典型暴胀的一般特征，并讨论了与Lyth界相关的问题。
2015-03-05 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
The overconcentrated dark halo in the strong lens SDSS J0946+1006 is a subhalo: evidence for self interacting dark matter?
本文通过正向建模方法拟合强透镜系统 J0946+1006 中暗物质晕的红移，发现该过度集中的暗物质晕是子晕而非视线方向结构，其陡峭的密度轮廓偏离 $Λ$CDM 预期，可能表明暗物质自相互作用导致的引力热坍缩。
2024-11-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Particle Production by Time-Varying Dark Energy and the End of Cosmic Expansion
Princeton University（普林斯顿大学）
研究探讨了时间变化暗能量通过五维标量场部分转化为粒子的过程，分析了热摩擦对暗能量来源识别的影响，并指出热摩擦延长了加速膨胀期，延迟了宇宙膨胀结束的检测挑战，同时提出了通过热暗辐射检测的替代方法。
2026-05-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Black Holes, Dark Matter Spikes, and Constraints on Simplified Models with $t$-Channel Mediators
银河系中心超大质量黑洞附近亚秒差距区域的暗物质密度尖峰可以提供来自暗物质湮灭的潜在可观测伽马射线信号。以费米- $LAT$数据的伽马射线通量从点源3FGL J1745.6- 2859 c（Sgr A*），我们计算得到的约束DM的通用模型，允许的可能性的一个不可忽略的速度依赖的组件的湮灭截面。我们考虑了各种选择的天体物理参数，描述的尖峰配置文件，并发现伽玛射线通量强烈依赖于这些选择，特别是建模的尖峰耗尽效应，由于重力与重子的相互作用，这会影响尖峰半径和陡度配置文件。我们计算的DM参数空间的衰减和理想化的尖峰，考虑不同的选择在每种情况下的陡度配置文件上的约束。我们发现，对于最保守的参数选择，对应于一个耗尽的尖峰与NFW尖点配置文件，伽马射线通量为100 GeV的热遗迹是低于目前的观测约束的几个数量级。对于与尚未衰减的尖峰相对应的参数的更乐观的选择，可以针对陡度曲线的各种选择获得DM质量的界限。然后，我们专门到一类简化模型的费米子DM，湮灭占主导地位的$t-$通道交换的两个标量介体与任意混合角$α$，并计算间接检测约束来自DM穗。一路上，我们讨论的天体物理参数描述DM尖峰的约束，以银河系中心多余的DM湮灭的信号。
2017-09-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Hubble constant and dark energy inferred from free-form determined time delay distances
透镜源的多个图像之间的时间延迟可以探测宇宙的几何形状。我们提出了一种新的方法的基础上自由形式的建模引力透镜估计时间延迟的距离，反过来，宇宙学参数。这种方法不受简并之间的陡峭的档案和宇宙学参数。我们将此方法应用于18个具有时滞测量的系统，得到H_0=69+-6（stat.）+- 4（系统）km s^{-1}Mpc^{-1}。结合WMAP 9，在具有常数状态方程的平坦模型中，对暗能量的约束为Omega_w=0.68+-0.05和w=-0.86+-0.17。
2013-10-08 astro-ph.CO gr-qc
Anisotropic Dark Energy from String Compactifications
本文探讨了源于超弦紧化的多场暗能量模型，发现矢量场在陡峭势下实现慢滚动力学和标量场测地线轨迹中起关键作用，为超弦景观中的多场暗能量研究开辟了新途径。
2024-02-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
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
