SpheCow: Flexible dynamische Modelle für Galaxien und Dunkle-Materie-Halos

Einfache, aber flexible dynamische Modelle sind für viele Zwecke nützlich, unter anderem als Ausgangspunkt für komplexere Modelle oder numerische Simulationen von Galaxien, Haufen oder Dunkle-Materie-Halos. Wir präsentieren SpheCow, einen neuen leichtgewichtigen und flexiblen Code, mit dem sich die Struktur und Dynamik jedes sphärischen Modells leicht untersuchen lässt. Unter der Annahme einer isotropen oder Osipkov-Merritt-anisotropen Bahnstruktur kann der Code die dynamischen Eigenschaften jedes Modells mit entweder einem analytischen Dichteprofil oder einem analytischen Oberflächendichteprofil als Ausgangspunkt automatisch berechnen. Wir haben SpheCow anhand einer Kombination aus Vergleichen mit analytischen und hochpräzisen numerischen Berechnungen sowie der Berechnung von Umkehrformeln umfassend validiert. SpheCow enthält direkt nutzbare Implementierungen für viele Standardmodelle, darunter die Modelle von Plummer, Hernquist, NFW, Einasto, Sérsic und Nuker. Der Code ist als Set von C++-Routinen und als Python-Modul öffentlich verfügbar und so konzipiert, dass er leicht erweiterbar ist, in dem Sinne, dass neue Modelle auf unkomplizierte Weise hinzugefügt werden können. Wir demonstrieren dies, indem wir zwei neue Modellfamilien hinzufügen, bei denen entweder die Dichtesteigung oder die Oberflächendichtesteigung durch eine algebraische Sigmoidfunktion beschrieben wird. Wir befürworten die Verwendung des SpheCow-Codes zur Untersuchung der vollständigen dynamischen Struktur von Modellen, bei denen die Verteilungsfunktion nicht analytisch ausgedrückt werden kann, und zur Erforschung eines viel breiteren Spektrums von Modellen, als dies mit analytischen Modellen allein möglich ist.