[論文レビュー] Dark Energy and Dark Matter Halos

M. Kuhlen, Louis E. Strigari+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2004

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、宇宙論的N体シミュレーションを用いて、状態方程式パラメータ $w$ が変化するダークエネルギーが、ダークマターハローの密度プロファイルおよび濃度に与える影響を調査する。Bullockら（2001年）のハロー濃度モデルが $w = -1.5$ から $-0.5$ の範囲で中央濃度を正確に予測することを確認した。$w > -1$ モデルでは、パワースペクトル正規化 $σ_8$ が非常に低くない限り、銀河回転曲線における中心密度問題が悪化するが、$w < -1$ モデルではその乖離が緩和される。

ABSTRACT

We investigate the effect of dark energy on the density profiles of dark matter haloes with a suite of cosmological N-body simulations and use our results to test analytic models. We consider constant equation of state models, and allow both w&gt;-1 and w-1 quintessence models seem to exacerbate the central density problem relative to the standard w=-1 model. Meanwhile w

研究の動機と目的

• 状態方程式パラメータ $w$ が変化するダークエネルギーが、ダークマターハローの密度プロファイルおよび濃度に与える影響を調査すること。
• さまざまな $w$ 値およびハロー質量に対して、Bullock ら（2001年）のハロー濃度モデルの頑健性を検証すること。
• さまざまなダークエネルギーモデル下でのハロー予測と銀河回転曲線データの整合性を評価すること。
• $w < -1$（幻のダークエネルギー）モデルが、$w = -1$ や $w > -1$ モデルと比較して中心密度問題を軽減するかどうかを特定すること。
• $w$ に依存する宇宙論におけるJenkins ら（2001年）のハロー質量関数の妥当性を検証すること、特に $w < -1$ を含むものとする。

提案手法

• 状態方程式パラメータ $w$ を $-1.5$ から $-0.5$ の範囲で変化させた5つの宇宙論的N体シミュレーションを実施し、1,600個以上の良好に解像されたハローを解像した。
• ハロー質量および濃度を、固定された $R_{\text{200}}$ ではなく、宇宙論に依存する準拠密度半径 $R_{\text{vir}}$ に対して定義することで、モデルの精度を向上させた。
• 高解像度N体シミュレーションにはGADGETコード、トランスファ関数計算にはCMBFASTを用いた。
• シミュレートされたハロー密度プロファイルおよび濃度を、解析的モデルであるBullock ら（2001年）の $c(M,z)$ モデルと比較した。
• $w$ に依存する宇宙論におけるJenkins ら（2001年）のハロー質量関数の妥当性を検証した。
• 理論的予測（ハロー中心密度 $\Delta_{V/2}$ および $V_{\text{max}}$）と観測された銀河回転曲線データを直接比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ダークエネルギーの状態方程式パラメータ $w$ は、$\Lambda$CDMに類似したモデルにおけるダークマターハローの濃度および中心密度にどのように影響を与えるか？
• RQ2 Bullock ら（2001年）のハロー濃度モデルは、広範な $w$ 値、ハロー質量、赤方偏移の範囲でハロー濃度を正確に予測できるか？
• RQ3 $w > -1$ および $w < -1$ モデルは、CDMの予測と銀河回転曲線データの整合性にどの程度影響を与えるか？
• RQ4 $w < -1$ の宇宙論、特にダークエネルギー駆動の膨張を伴うものにおいて、Jenkins ら（2001年）のハロー質量関数は有効であるか？
• RQ5 宇宙論に依存する密度超過を用いた $R_{\text{vir}}$ と固定された $R_{200}$ のどちらのハロー定義が、解析モデルおよび観測とより良い一致を示すか？

主な発見

• Bullock ら（2001年）のハロー濃度モデルは、ハロー質量および濃度が宇宙論に依存する準拠密度半径に対して定義される限り、$w = -1.5$ から $-0.5$ の範囲で中央濃度を正確に予測する。
• パワースペクトル正規化を固定した場合、$w$ 値が大きい（例：$w = -0.5$）ほど、早期の崩壊と高い準拠密度超過により、ハロー濃度および中心密度が高くなる。
• $w > -1$ モデルでは、銀河回転曲線における中心密度問題が悪化し、観測と一致させるには $\sigma_8 \lesssim 0.6$ が必要となるが、これはCMB正規化から好ましくない。
• 幻のダークエネルギー（$w < -1$）モデルでは、中心密度の乖離が軽減され、$\sigma_8 \sim 0.8$ を取り入れられるが、CMBデータが示唆する $\sigma_8 \sim 1.0$ よりは低い。
• Jenkins ら（2001年）のハロー質量関数は、$w$ 値の全範囲（$w < -1$ を含む）において、ハロー密度の近似として優れた妥当性を示す。
• 本研究では、宇宙論に依存する密度超過を用いた $R_{\text{vir}}$ が、固定された $R_{200}$ 定義よりも解析モデルとより良い一致を示すことが確認された。