[論文レビュー] On the survival and disruption of Earth mass CDM micro-haloes

Ben Moore, Juerg Diemand+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 10, 2005

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

この論文は、地球質量のCDMマイクロハーマルが銀河の星によって破壊されるという主張に挑戦し、代わりにZhaoらが想定したよりも低い星の密度であるため、生存が likely であることを示している。複数回の接近を想定したインパulse近似を用いて、著者たちは破壊時間スケールが約30 Gyrであると特定し、これは大多数のマイクロハーマルがそのままで生存することを示唆している。その密度の高いコアは、高固有運動を示すガンマ線源として検出可能である可能性がある。

ABSTRACT

Neutralino dark matter leads to the formation of numerous earth mass dark matter haloes at redshifts z\approx 60 (Diemand et al. 2005). These abundant CDM micro-haloes have cuspy density profiles that can easily withstand the Galactic tidal field at the solar radius. Zhao, Taylor, Silk & Hooper (astro-ph/0502049) concluded that ``...the majority of dark matter substructures with masses \sim 10^{-6}M_o will be tidally disrupted due to interactions with stars in the Galactic halo''. However these authors assumed a halo density of stars that is at least an order of magnitude higher than observed. We show that the appropriate application of the impulse approximation is to the regime of multiple encounters, not single disruptive events as adopted by Zhao et al., which leads to a survival time of several Hubble times. Therefore we do not expect the tidal heating by Galactic stars to affect the abundance of micro-haloes. Disk crossing will cause some mass loss but the central cores are likely to survive and could be detected as gamma-ray sources with proper motions of several arc minutes per year.

研究の動機と目的

• 銀河の星による地球質量のCDMマイクロハーマルの潮汐破壊を再評価し、広範な破壊が起こるという従来の主張に反論すること。
• Zhaoら（2005）が用いた星の密度の仮定を是正し、過剰に高められた破壊率を是正すること。
• 単一の破壊的イベントではなく、複数回の相互作用に適用したインパルス近似を用いることで、動的モデルの正確性を向上させること。
• ミルキーウェイにおけるディスク通過と階層的集積の過程を通じたマイクロハーマルの生存確率を推定すること。
• 生存したマイクロハーマルコアが高固有運動を示すガンマ線源として検出可能かどうかを検討すること。

提案手法

• 繰り返しの星との接近によるエネルギー移動をモデル化するため、複数の相互作用を考慮したインパルス近似を適用した。
• 観測された星の表面密度（約46 M☉ pc⁻²）と、再評価されたハロー星の密度（約0.0001 M☉ pc⁻²）を用いて、接近率を制約した。
• マイクロハーマルの内部エネルギーに顕著な変化をもたらすための臨界接近パラメータ b_min = 0.012 pc を計算した。
• すべての接近に対してインパルス加熱を統合し、ΔE ∝ G²r₁/₂²m*²m_haloe/(b⁴v²) を用い、束縛エネルギー E_bind ∝ Gm_haloe²/r₁/₂ と比較した。
• 星のクラスタリングを無視して、粗い見積もりで <0.02 の破壊的衝突確率をディスク通過ごとに評価した。
• 数値シミュレーションと準解析的モデルを参照し、限界点を指摘するとともに、さらなるシミュレーションによる検証の必要性を強調した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現実的な星の密度推定値のもとで、地球質量のCDMマイクロハーマルは銀河の星による潮汐破壊を生き延びられるのか？
• RQ2 インパルス近似は、単一の破壊的イベントではなく、複数回の接近に適用できるのか、マイクロハーマルの力学にどのように適用されるか？
• RQ3 銀河ハローおよびディスクの星の密度が修正された値を用いる場合、マイクロハーマルの真の破壊時間スケールは何か？
• RQ4 生存したマイクロハーマルコアは、測定可能な固有運動を示すガンマ線源として検出可能なのか？
• RQ5 階層的集積プロセスと合体イベントは、ミルキーウェイにおけるマイクロハーマルの生存にどのように影響するか？

主な発見

• 銀河ハロー内の星の密度は、Zhao らが想定したよりも少なくとも1桁以上低いことが判明し、潮汐加熱率が顕著に低下した。
• 再評価されたハロー星の密度（約0.0001 M☉ pc⁻²）のもとでは、非ディスク星による加熱率は無視できるほど小さくなった。
• マイクロハーマルの内部エネルギーに顕著な変化をもたらすための臨界接近パラメータは b_min = 0.012 pc である。
• ディスク通過ごとの破壊的衝突の確率は 0.02 未満であり、これは大多数のマイクロハーマルがディスク通過を生き延びることを示している。
• マイクロハーマルがディスクに1％の時間しかいないと仮定した場合、推定される破壊時間スケールは約30 Gyr である。
• 生存したマイクロハーマルの密度の高いコアは、年間数分の1アングストローム程度の固有運動を示す検出可能なガンマ線を放出する可能性がある。