Die Struktur und dynamische Entwicklung von Dunkler Materie-Halos

Wir verwenden N-Körper-Simulationen, um die Struktur und dynamische Entwicklung von Dunkler Materie-Halos in Galaxienhaufen zu untersuchen. Unsere Stichprobe besteht aus neun massiven Halos aus einem Einstein-De Sitter-Universum mit skalenfreier Leistungsspektrum und spektralem Index n = − 1. Halos werden im Durchschnitt durch 20.000 Partikel aufgelöst und haben eine dynamische Auflösung von 20–25 kpc, wie umfangreiche Tests zeigen. Großräumige Gezeitenfelder sind bis zu einem Maß L = 150 Mpc unter Verwendung von Hintergrundpartikeln eingeschlossen. Wir stellen fest, dass der Halo-Bildungsprozess durch den Wechsel zwischen zwei dynamischen Konfigurationen charakterisiert werden kann: einer Verschmelzungsphase und einer Relaxationsphase, definiert durch ihre Signatur in der Entwicklung der Gesamtmasse und der mittleren quadratischen (rms) Geschwindigkeit. Halos verbringen im Durchschnitt ein Drittel ihrer Entwicklung in der Verschmelzungsphase und zwei Drittel in der Relaxationsphase. Mit dieser Definition untersuchen wir die Dichteprofile und zeigen, wie sie sich während der dynamischen Geschichte des Halos ändern. Insbesondere finden wir, dass die durchschnittlichen Dichteprofile unserer Halos durch das analytische Modell von Navarro, Frenk & White mit einem rms-Rest von 17 Prozent zwischen dem virialen Radius Rv und 0,01Rv angepasst werden. Das analytische Dichteprofil von Hernquist passt dieselben Halos mit einem rms-Rest von 26 Prozent. Der Trend mit der Masse des Skalierungsradius dieser Anpassungen ist marginal mit dem konsistent, was von Cole & Lacey gefunden wurde: Im Vergleich zu ihren Ergebnissen sind unsere Halos zentraler konzentriert, und die Beziehung zwischen Skalierungsradius und Halo-Masse ist etwas steiler. Wir stellen eine mäßig große Streuung in dieser Beziehung fest, die sowohl auf die dynamische Evolution innerhalb der Halos als auch auf Schwankungen in der Halo-Population zurückzuführen ist. Wir analysieren das dynamische Gleichgewicht unserer Halos unter Verwendung der Jeans-Gleichung und stellen fest, dass sie im Durchschnitt ungefähr im Gleichgewicht innerhalb ihres virialen Radius sind. Schließlich finden wir, dass die projizierten Massenprofile unserer simulierten Halos in sehr guter Übereinstimmung mit den Profilen von drei reichen Galaxienhaufen stehen, die aus Beobachtungen starker und schwacher gravitativer Linsen stammen.