Evolución de la densidad del espacio de fases en halos de materia oscura

Se investiga la evolución del perfil de densidad del espacio de fases en halos de materia oscura (DM) mediante simulaciones restringidas, diseñadas para controlar la historia de fusión de un halo de DM dado. Los halos evolucionan a través de una serie de fases de quietud de una lenta acreción interrumpidas por eventos violentos de fusión mayor. En las fases de quietud, la densidad del halo sigue de cerca el perfil NFW y el perfil de densidad del espacio de fases, Q (r), está dado por la ley de potencia de Taylor & Navarro, r^-beta, donde beta ~ 1.9 y se mantiene notablemente estable a lo largo del tiempo de Hubble. Al expresar la densidad del espacio de fases mediante los parámetros NFW, Q (r) = Qs (r/Rs)^-beta, la evolución de Q está determinada por Qs. Hemos encontrado que la densidad superficial de masa efectiva dentro de Rs, Sigmaₛ = rhos Rs, permanece constante a lo largo de la evolución de un halo de DM dado en la rama principal de su árbol de fusiones. Esta invariancia implica que Qs ~ Rs^-5/2 y Q (r) ~ Sigmaₛ^-1/2 Rs^-5/2 (r/Rs)^-beta. Se deduce que la densidad del espacio de fases permanece constante, en el sentido de Qs=const., en las fases de quietud y disminuye como Rs^-5/2 en las violentas. El origen físico del perfil de densidad NFW y la ley de potencia de densidad del espacio de fases sigue siendo desconocido. Sin embargo, los experimentos numéricos muestran que los halos recuperan estas relaciones después de las fases violentas. Las fusiones mayores impulsan a Rs a aumentar y a Qs a disminuir de manera discontinua mientras mantienen Qs Rs^5/2 = const. El equilibrio virial en las fases de quietud implica que un halo de DM evoluciona a lo largo de una secuencia de perfiles NFW con energía constante por unidad de volumen (es decir, presión) dentro de Rs.