用银河系的卫星星系测试暗物质理论

UC Riverside物理学家展示了“自交互暗物质”模型可以使用Draco和Fornax的天文观察来测试。

由加州大学的物理学家领导的研究团队滨江报道了银河系的微小卫星星系，可用于测试“暗物质” - 非乐曲材料的基本属性，旨在占宇宙中的85％物质。

研究人员使用复杂的模拟，展示了一种称为自我互动的暗物质，或SIDM的理论，可能会迫使佩戴尔和福纳克斯的佩戴暗物质分布，其中两种银河系已经超过50个发现的卫星星系。

普遍的暗物质理论，称为冷酷的暗物质或CDM，解释了大部分宇宙，包括结构如何出现它。但CDM的长期挑战一直是解释星系中的佩戴暗物质分布。

由UC Riverside Hai-Bo Yu和Laura V.销售领导的研究人员研究了银河系“潮汐场”中SIDM“Subhalos”的演变 - 银河系的引力场中的梯度，卫星银河感觉潮汐力的形式。Subhalos是托管卫星星系的暗物质团块。

图像显示Draco（左）和fornax。

“我们发现SIDM可以在Draco和Fornax的Halos中产生Perse暗物质分布，同意观察，”物理学和天文学副教授和暗物质颗粒性质专业知识的理论物理学家yu说。“在SIDM中，与他们的CDM同行相比，Subhalos和银河系潮汐之间的相互作用导致Subhalos内部区域中的更多佩戴暗物质分布。”

Draco和Fornax在其内部暗物质内容内极端相反。Draco在九个亮银卫星星系中具有最高的暗质质密度; Fornax最低。使用先进的天文测量，天体物理学家最近以银河系的潮汐领域重建了他们的轨道轨迹。

“我们的挑战是了解Draco和Fornax的佩戴物的起源，鉴于这些新测量的轨道轨迹，”Yu说。“我们发现SIDM可以在进入潮汐效应和暗物质自我相互作用后提供解释。”

研究结果出现在物理审查信中。

Cyan Dots，集体代表卫星。银河系在粉红色虚线（动画中心）的交叉点处。简化的时间在动画的左上角显示。在这个视频中，我们看到卫星，在主持人的引力影响（银河系），围绕着宿主的质心围绕。卫星在几个通道后损失了大部分质量。这称为潮汐剥离。如果卫星通过此过程完全摧毁，则称为潮汐中断。整个模拟运行10千年;此动画由100个快照组成。

暗物质的性质仍然很大程度上未知。与普通物质不同，它不吸收，反射或发光，因此很难检测。识别暗物质的性质是粒子物理和天体物理学中的中央任务。

在CDM中，假设暗物质颗粒是碰撞的，并且每个星系在暗物质卤素内坐在暗物质中，形成重力脚手架在一起将其保持在一起。在SIDM中，建议暗物质通过新的黑发自我互动。假设暗物质颗粒在内光环中彼此强烈碰撞，靠近Galaxy的中心 - 一种称为暗物质自相互作用的过程。

“我们的工作显示银河系的卫星星系可能提供不同的暗物质理论的重要考验，”物理学和天文学助理教授和天体物理学家的销售人员，具有在银河系的数值模拟中的专业知识。“我们展示了暗物质自我相互作用与潮汐相互作用之间的相互作用，可以在普遍的CDM理论中产生不预期的人行病的新型签名。”

在他们的工作中，研究人员主要使用数值模拟，称为“N-Band仿真”，并通过分析模拟在运行模拟之前获得了有价值的直觉。

“我们的模拟揭示了在潮汐领域的SIDM Subhalo演变时的新动态，”前UCR毕业生，与余和销售合作，现在是德克萨斯大学奥斯汀的奥斯汀博士学位研究了数控模拟的博士后研究员星系形成。“这是思想观察Draco与SIDM预测不一致。但我们发现SIDM中的Subhalo可以产生高暗质量密度来解释Draco。“

销售解释了SIDM预测了一个名为“核心崩溃”的独特现象。在某些情况下，光环内部在重力的影响下塌陷并产生高密度。这与暗物片自相互作用导致低密度光环的通常期望相反。销售表示，该团队的模拟识别核心崩溃的条件发生在Subhalos中。

“为了解释Draco的高暗质量密度，其初始光环浓度需要很高，”她说。“更暗物质的质量需要在内光环中分布。虽然CDM和SIDM都是如此，对于SIDM，核心崩溃现象只会发生，如果浓度很高，则才能发生折叠时间尺寸小于宇宙的年龄。另一方面，Fornax具有低浓缩的Subhalo，因此其密度仍然很低。“

研究人员强调他们目前的工作主要关注SIDM，并没有对CDM如何解释DRACO和FORNAX的关键评估。

在团队使用数值模拟后，正确考虑到暗物质自我相互作用和潮汐相互作用之间的动态相互作用，研究人员观察了一个引人注目的结果。

“SIDM Subhalo的中央暗物质可能会增加，与通常的期望相反，”同样说。“重要的是，我们的模拟识别在SIDM中发生这种现象的条件，我们表明它可以解释Draco的观察。”

研究团队计划将研究扩展到其他卫星星系，包括超级星系。

参考：“以银河系的自我互动的暗物质Subhalos”通过OMID果断，海博宇，Laura V.销售，Mark Vogelsberger和JesúsZavalar，4月8日2020年，物理评论信件.DOI：
10.1103 / physrevlett.124.141102

Yu，销售和同样在于Mark Vogelsberger的Markusetts Technoloce of The Mark Vogelsberger of Markusetts Tearch of The Mark Vogelsberger加入了冰岛大学的JesúsZavala的研究。同样是研究论文的第一个作者。

从美国能源部，国家航空航天局，美国宇航局Miro Fields奖学金，国家科学基金会，Hellman Somefult基金会和冰岛研究基金中的赠款支持该研究。