ダークサテライトは存在するか？―コールドダークマターモデルにおける諸問題の解明

暗卫星存在吗？

• 批准号: 20K04022
• 负责人: 森 正夫
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04022/
• 关键词: ダークマター; 銀河形成; 銀河進化; 数値シミュレーション; 宇宙物理学; 理論天文学; 銀河衝突; 計算科学

これまでの研究では、ダークマターハローは中心で質量密度が発散するカスプ状構造を普遍的に持つことが強く示唆されている。一方で、近傍矮小銀河の回転曲線の精密観測では多くの場合ダークマターハローの中心質量密度分布はほぼ一定のコア状構造、もしくは理論予言よりは滑らかな質量密度分布（冪指数）を持つことが知られている。この理論と観測の矛盾は“カスプ－コア問題”として広く知られている。これまでの銀河形成シミュレーションの研究により、超新星等のフィードバックが重力場を変化させ、ダークマターハローの質量分布をカスプ構造からコア構造へ遷移させるという現象論的な理解が積みあがってきた。しかしながら、その遷移を支配する基礎物理過程の理解は、未だ根本的な理解に至っているとはとても言い難い。カスプ-コア遷移によるダークマターハローのパラメータの変化をモデル化し、これをc-M relation と組み合わせることによって、カスプ-コア遷移後のダークマターハローのパラメータに対する予言を行った。遷移前後で「中心部分のみが変化する」、「総質量は保存される」という仮定のもとカスプ-コア遷移モデルを定式化すると、あるカスププロファイルのパラメータの組み合わせに対して一意に遷移後のコアプロファイルのパラメータの組み合わせを決定できる。このモデルを適用したc-M relation を観測と比較すると、steller feedbackによるエネルギーが重力ポテンシャルより大きくなる1000億太陽質量以下でカスプ-コア遷移後の予言と一致し、それより大きい系で遷移前の予言と一致した。これは、ダークマターハローがCDM モデルの予言通り当初カスププロファイルで形成され、後天的にコアプロファイルに遷移して現在観測されるに至るというシナリオを支持する結果が得られた。

先前的研究强烈表明，暗物质光环具有类似尖的样结构，在中心的质量密度分歧。另一方面，已知附近矮星系的旋转曲线的精确观察结果通常具有恒定的核心状结构或质量密度分布（IDEMPOSIUM指数），比理论预测更光滑。理论与观察之间的这种矛盾被广泛称为“尖核问题”。先前对星系构造模拟的研究建立了一种现象学的理解，即来自超新星等的反馈改变了重力场，并过渡了暗物质晕圈从尖尖结构到核心结构的质量分布。但是，很难说了解管理这些过渡的基本物理过程仍然达到了基本的理解。我们建立了由于尖核转变而引起的暗物质光环参数的变化，并通过将其与C-M关系相结合，对尖核转变后暗物质光环的参数进行了预测。通过在过渡过渡之前和之后的“仅中心部分变化”和“总质量”的假设下制定尖齿核过渡模型，可以确定核心曲线在过渡后的参数组合，以结合给定COSP谱的参数组合。当使用该模型与观察结果比较C-M关系时，由Steller反馈引起的能量与尖峰核过渡后的预测相吻合，低于1000亿个太阳能质量，而斯泰尔反馈引起的能量大于重力电位，并且在较大系统的预测之前的预测与预测相吻合。该结果支持以CDM模型预测的尖缘轮廓中形成暗物质光环的情况，然后获得了核心轮廓的过渡，从而导致当前观察结果。

项目成果

天の川銀河衝突シミュレーションに向けて

银河系碰撞模拟

• 发表时间: 2020
• 作者: Yahnin A. G.;Popova T. A.;Demekhov A. G.;Lubchich A. A.;Matsuoka A.;Asamura K.;Miyoshi Y.;Yokota S.;Kasahara S.;Keika K.;Hori T.;Tsuchiya F.;Kumamoto A.;Kasahara Y.;Shoji M.;Kasaba Y.;Nakamura S.;Shinohara I.;Kim H.;Noh S.;Raita T.;田中駿次，森正夫
• 通讯作者: 田中駿次，森正夫

高分解能宇宙論的N体シミュレーションにおけるサブハローの進化

高分辨率宇宙学 N 体模拟中的子晕演化

• 发表时间: 2021
• 作者: 金田優香; 数野優大; 大滝恒輝; 森正夫

ダークマターサブハローの力学進化過程

暗物质子晕的动力学演化过程

• 发表时间: 2022
• 作者: Vernazza Pierre;Usui Fumihiko;Hasegawa Sunao;数野優大; 大滝恒輝; 金田優香; 森正夫
• 通讯作者: 数野優大; 大滝恒輝; 金田優香; 森正夫

改良版Balsara Switchを用いた、SPH法の持つ空間ゼロ次誤差が誘発する偽Kelvin-Helmholtz不安定の抑制

使用改进的 Balsara Switch 抑制 SPH 方法空间零阶误差引起的虚假开尔文-亥姆霍兹不稳定性

• 发表时间: 2023
• 作者: 岡本桜子;湯浅拓宏; 森正夫
• 通讯作者: 湯浅拓宏; 森正夫

Galaxy Collisions and Dynamical Evolution of the Andromeda Galaxy

仙女座星系的星系碰撞和动力学演化

• 发表时间: 2023
• 作者: Zemaitis Rokas;Ferguson Annette M N;Okamoto Sakurako;Cuillandre Jean-Charles;Stone Connor J;Arimoto Nobuo;Irwin Mike J;森正夫; 堀田彩水; 大滝恒輝
• 通讯作者: 森正夫; 堀田彩水; 大滝恒輝