Вселенная не Украина иине Путин - четвертая

Часть
.......
okie. Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с нашей политикой конфиденциальности и использования файлов cookie .Закрыть это уведомление
ВНИМАНИЕ : Украина: прочтите заявление IOP Publishing .
перейти к содержанию
Справка по специальным возможностям
Астрофизический журнал
СЛЕДУЮЩАЯ СТАТЬЯОТКРЫТЫЙ ДОСТУП
Эмпирические доказательства неминимально связанной темной материи в динамике локальных спиральных галактик?
Джованни Гандольфи 1,2 , Андреа Лапи 1,2,3,4 и Стефано Либерати 1,2,4

Опубликовано 12 апреля 2022 г. • © 2022. Автор(ы). Опубликовано Американским астрономическим обществом. Астрофизический журнал , том 929 , номер 1
Цитирование Giovanni Gandolfi et al 2022 ApJ 929 48
СкачатьСтатья PDF
СкачатьЭлектронная публикация статьи
2404 Всего загрузок
Включите MathJax
Поделитесь этой статьей

Поделитесь этим контентом по электронной почте
Поделиться на Facebook (открывается в новом окне)
Поделиться в Твиттере (открывается в новом окне)
Поделиться на Mendeley (открывается в новом окне)
Информация о статье
Абстрактный
Мы ищем эмпирические доказательства неминимальной связи (НМС) между темной материей (ТМ) и гравитацией в динамике местных спиральных галактик. В частности, мы рассматриваем теоретически мотивированный НМК, который может возникать динамически из-за коллективного поведения крупнозернистого поля ДМ (например, посредством конденсации Бозе-Эйнштейна) с длиной усреднения/когерентности L . В ньютоновском пределе этот NMC сводится к модификации уравнения Пуассона слагаемым L 2 ; 2 ;пропорциональна лапласиану самой плотности ТМ. Показано, что такой член, действуя как возмущение на стандартный профиль Наварро–Френка–Уайта холодных частиц ТМ, может существенно изменить динамические свойства галактик с точки зрения их полного радиального ускорения в пределах диска и скорости вращения. В частности, мы обнаружили, что эта модель NMC может правильно аппроксимировать суммированные кривые вращения (RC) местных спиральных галактик с различными скоростями на оптическом радиусе, включая карлики и системы с низкой поверхностной яркостью, с уровнем точности, сравнимым с в некоторых случаях даже лучше, чем феноменологический профиль Бюркерта. Наконец, мы показываем, что путем экстраполяции вниз на меньшие массы скейлинг Lпо сравнению с массой гало, полученной из приведенного выше анализа RC, модель NMC может адекватно воспроизвести отношение радиального ускорения по форме и нормировке вплоть до диапазона карликовых сфероидальных галактик, что представляет собой серьезную проблему для альтернативных моделей DM даже с учетом барионных эффектов.

Экспорт цитаты и аннотации
БибТекс РИС
Предыдущая статья в выпуске
Следующая статья в выпуске
Ссылки по теме

Исходный контент из этой работы может быть использован в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 4.0 . Любое дальнейшее распространение этой работы должно поддерживать указание автора (авторов) и название работы, цитирование в журнале и DOI.

1. Введение
Анализ кривых вращения спиральных галактик (КР) эмпирически выявил с конца 1970-х годов несоответствие между количеством светящегося вещества и бюджетом массы, необходимым для объяснения общих кинематических свойств таких систем (см., например, Босма, 1978 ; Рубин и др .). 1978 г. )Общеизвестно, что недостающая масса восходит к невидимому компоненту, называемому темной материей (ТМ), состоящему из холодных (то есть нерелятивистских) и слабо взаимодействующих массивных частиц. Несмотря на то, что такая холодная парадигма DM оказалась относительно успешной в космологических масштабах, она изо всех сил пытается полностью описать наблюдаемую феноменологию в галактических масштабах, особенно в карликах с преобладанием DM. В этом отношении мы сосредоточим внимание на двух важнейших вопросах.

Во-первых, это хорошо известный спор о касп-ядре о внутренней форме профиля плотности DM в галактиках. Анализ наблюдаемых КС галактик в стандартной ньютоновской системе, по-видимому, свидетельствует в пользу внутреннего ядра, в то время как моделирование только гравитации в стандартной модели холодной DM дает универсальную модель Наварро-Френка-Уайта (NFW; см. Boylan-Kolchin & Ma 2004 ; Navarro 2006 ; de Blok 2010 ; Navarro et al. 2017 ) профиль с резким внутренним поведением. Второй, в чем-то связанный, момент касается так называемого отношения радиального ускорения (RAR), связывающего (полное) радиальное ускорение g tot , полученное из RC галактик с разными массами/скоростями, и ускорение, связанное с распределением светящегося вещества.g bar , в основном зондируемых фотометрическими наблюдениями. RAR представляет собой удивительно тесную взаимосвязь (см., например, Лелли и др. , 2017b ; Ли и др. , 2018 ), которая включает/обобщает многие хорошо известные динамические законы галактик (см., например, Лелли и др. , 2017b ), и (например, Burrage et al. 2017 ; Lelli et al. 2017a ; Keller & Wadsley 2017 ; Li et al. 2018 ; Chae et al. 2019 ; Di Paolo et al. 2019 ; Green & Moffat 2019 ; Rodrigues & Марра , 2021 г.; Тиан и др., 2020 г. ).

С теоретической точки зрения для объяснения вышеуказанных проблем привлекалось множество физических эффектов. Что касается проблемы острия-ядра, то считается, что динамическое трение (Эль-Зант и др. , 2001 ; Тонини и др. , 2006 ; Романо-Диас и др. , 2008 ; Гердт и др. , 2010 ; Эль-Зант и др.) 2016 ) или эффекты обратной связи от звезд и активных ядер галактик (см. Говернато и др. , 2012 ; Тейссьер и др. , 2013 ; Понтцен и Говернато , 2014 ; Пейрани и др. , 2017 ; Фрейндлих и др. , 2020a , 2020b) .) в процессе формирования галактики может вызывать сильные флуктуации внутреннего гравитационного потенциала и/или передачу энергии и углового момента от барионов к тёмной материи, тем самым стирая центральный выступ. Другой класс решений рассматривает DM как состоящую из нестандартных частиц-кандидатов, что приводит к отказу от гипотезы холодного DM в пользу более экзотических альтернатив (см. обзор Salucci 2019 и ссылки в нем). Что касается RAR, утверждается, что он возникает естественным образом из-за самоподобия холодных ореолов DM (например, Navarro et al. 2017 ) или объясняется правильным учетом эффектов барионов (например, Di Cintio et al. 2014 г., Ди Чинтио и Лелли , 2016 г. , Сантос-Сантос и др., 2016 г.; Десмонд 2017 ; Келлер и Уодсли , 2017 г.; Ладлоу и др. 2017 ; Наварро и др. 2017 ; Уилер и др. 2019 ). Обратите внимание, что было указано, что профили с сердцевиной могут иметь больше шансов правильно воспроизвести RAR (Di Cintio & Lelli 2016 ; Di Paolo et al. 2019 ; Li et al. 2020 ).

По разным причинам неполнота модели холодной ТМ в галактических масштабах привела к появлению многочисленных теорий модифицированной гравитации. Возможно, самой известной структурой в галактических масштабах является модифицированная ньютоновская динамика (МОНД), которая была первоначально предложена Милгромом ( 1983a ) и исследована в обширной литературе (см. Бекенштейн , 2004 ; 2012). Как следует из названия, MOND стремится объяснить несоответствие масс в галактиках модификацией ньютоновской гравитации (или, в более общем смысле, второго закона Ньютона), которая вступает в действие при ускорениях значительно ниже определенного универсального порога; в его исходной формулировке DM не включен, и барионы являются единственным источником гравитационного поля. Что касается двух вышеупомянутых вопросов, было заявлено, что МОНД (или теории, сводящиеся к нему в пределе слабого поля) могут правильно описать галактические RC (де Блок и Макго , 1998 ; Сандерс и Макго , 2002 ) и дать удовлетворительное описание RAR (например, Li et al. 2018 ).

В этой статье мы предлагаем еще одну точку зрения, чтобы изменить стандартную структуру холодной DM и сделать ее способной точно описывать наблюдаемые RC галактик и в то же время точно воспроизводить RAR. В частности, мы выдвинули возможность того, что DM может быть неминимально связана с гравитацией, как предполагалось в серии предыдущих работ нашей группы и сотрудников (см. Bruneton et al. , 2009 ; Bertolami & Paramos , 2010 ; Bettoni et al. , 2011 , 2014 ; Беттони и Либерати 2015 , Иванов и Либерати 2020 , Гандольфи и др. 2021). Введение такой связи может сохранить успех холодной ТМ в больших космологических масштабах, улучшая ее поведение в галактических системах, восстанавливая там МОНД-подобную (пусть даже не совсем МОНДианскую, поскольку ТМ есть) динамику. Слово «неминимальный» в данном контексте означает, что DM, а точнее его градиенты, напрямую связаны с тензором Эйнштейна. Мы предупреждаем, что такая неминимальная связь (NMC) не обязательно является фундаментальной особенностью частиц DM, а скорее может динамически развиваться, когда длина усреднения/когерентности L , связанная с жидкостным описанием коллективного поведения DM, сравнима с локальным масштабом кривизны. В ньютоновском пределе рассматриваемый здесь NMC подразумевает модификацию уравнения Пуассона слагаемым L 2 ; 2 ; пропорциональна плотности DM ; (как в Bettoni et al. 2014 ). Это, казалось бы, простое дополнение может значительно изменить внутреннюю динамику галактик по сравнению с чистой холодной структурой DM, и на самом деле уже доказано, что оно облегчает некоторые проблемы в системах с преобладанием DM (см. Гандольфи и др., 2021 ). Между прочим, обратите внимание, что в больших масштабах неминимально связанные жидкости ведут себя при определенных условиях подобно отталкивающему компоненту темной энергии, и, таким образом, NMC также может иметь космологическое значение (например, Беттони и др. , 2011 ; Бертолами и Парамос, 2013 ).

Мы покажем, что член NMC, действуя как возмущение на систему галактик, характеризующуюся каспийным профилем NFW для ТМ, может существенно изменить ее динамические свойства. Таким образом, такая модель NMC может обеспечить точное соответствие набору RC спиральных галактик с различными скоростями на оптическом радиусе, включая карлики и системы с низкой поверхностной яркостью. Более того, мы покажем, что та же модель NMC может правильно учитывать и RAR. План работы следующий. В разделе 2 мы кратко рассмотрим теоретические предпосылки нашей модели NMC; в разделе 3 мы анализируем выборку пакетных КТ спиральных галактик с моделью NMC; в разделе 4мы строим эмпирически основанные макеты КР галактик с разными массами и строим РАР, показывая, что он хорошо воспроизводится моделью NMC; а в Разделе 5 мы обобщаем наши выводы и намечаем будущие перспективы и приложения структуры NMC.

На протяжении всей этой работы мы принимаем стандартную космологию плоской лямбда-холодной темной материи (;CDM) (Aghanim et al. 2020 ) с округленными значениями параметров: плотность материи ; M = 0,3, плотность темной энергии ; ; = 0,7, барионная плотность ; b = 0,05 и постоянная Хаббла H 0 = 100 ч км с ;1 Мпк ;1 при h = 0,7. Если не указано иное, G ; 6,67 ; 10 -8 см 3 г -1 с -2 указывает на стандартную гравитационную (ньютоновскую) постоянную.

2. Теоретическая основа гипотезы неминимальной связи.
В этом разделе мы напоминаем основные теоретические предпосылки гипотезы NMC, отсылая читателя к Gandolfi et al. ( 2021 ) для получения дополнительной информации. Очень простую модель NMC можно построить, добавив член связи S int между DM и гравитацией в полном действии Эйнштейна – Гильберта (в системе координат Джордана) с формой

Уравнение (1)
здесь ; — (реальное) скалярное поле ДМ, эпсилон= ± 1 — полярность связи, — тензор Эйнштейна, L — характерный масштаб длины НМК. Обратите внимание, что L может не быть новой фундаментальной шкалой длины природы, а скорее может динамически возникать из некоторого коллективного поведения крупнозернистого поля DM (например, конденсация Бозе-Эйнштейна). Таким образом, такая модель NMC не содержит модифицированную теорию гравитации, а просто формализацию эмерджентного поведения холодной DM в галактических средах. Обратите внимание, что с чисто теоретической точки зрения такая форма NMC допускается принципом эквивалентности Эйнштейна (например, Di Casola et al. 2015 ). мы будем держать$ {\ widetilde {G}} ^ {\ mu \ nu} $эпсилонуказывается в качестве бухгалтерского параметра, но на основании Gandolfi et al. ( 2021 ) мы установим его эпсилонравным = ;1 (отталкивающая связь).