Эффекты конечной температуры в модели темной материи, представленной скалярным полем
Авторы
DOI:
https://doi.org/10.31489/2024No2/92-101Ключевые слова:
скалярное поле, темная материя, конденсат Бозе-Эйнштейна, кривые вращения галактикАннотация
Исследовано распределение темной материи в четырех спиральных галактиках с низкой поверхностной яркостью с использованием двух моделей в рамках теории темной материи скалярного поля, альтернативной парадигме холодной темной материи. Первая модель представляет собой конденсат Бозе-Эйнштейна, в котором бозоны занимают основное состояние при нулевой температуре. Вторая модель включает конечные температурные поправки в потенциал скалярного поля, что позволяет ввести возбужденные состояния. Для определения свободных параметров моделей, включая масштабный радиус, характерную (центральную) плотность и полную массу, на основе данных наблюдений кривых вращения применен метод нелинейной аппроксимации наименьших квадратов.Количественный анализ показывает важность учета конечных температур на галактическом уровне. Кроме того, сравниваются две модели с результатами широко используемых и принятых феноменологических профилей темной материи, таких как изотермическая сфера, профили Наварро-Френка-Уайта и Буркерта. Оценка достоверности каждой модели проведена на основе Байесовского информационного критерия полноты. Статистический анализ обеспечивает содержательную интерпретацию выбора конкретного профиля. В конечном итоге, это исследование способствует лучшему пониманию распределения темной материи в спиральных галактиках с низкой поверхностной яркостью, проливая свет на эффективность моделей скалярного поля по сравнению с традиционными феноменологическими профилями.
Библиографические ссылки
Zwicky F. (1933) Die rotverschiebung von extragalaktischen nebeln. Helvetica Physica Acta. 6, 110-127. Available at: https://ned.ipac.caltech.edu/level5/March17/Zwicky/frames.html
Rubin V.C., Ford Jr.W. K., Thonnard N. (1980) Rotational properties of 21 SC galaxies with a large range of luminosities and radii, from NGC 4605/R= 4kpc/to UGC 2885/R= 122 kpc. Astrophysical Journal. 238, 471- 487. Available at: https://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1980ApJ...238..471R DOI: https://doi.org/10.1086/158003
Rubin V.C. (1983) The rotation of spiral galaxies. Science. 220, 4604, 1339-1344, Available at: https://www.science.org/doi/10.1126/science.220.4604.1339 DOI: https://doi.org/10.1126/science.220.4604.1339
Bertone G., Hooper D., Silk J. (2005) Particle dark matter: Evidence, candidates and constraints. Physics reports. 405, 5-6, 279-390. DOI:10.1016/j.physrep.2004.08.031. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physrep.2004.08.031
Bennett C.L., Larson D., Weiland J.L., Jarosik N., Hinshaw G., Odegard N., Smith K.M., Hill R.S., Gold B., Halpern M., Komatsu E., Nolta M.R., Page L., Spergel D.N, Wollack E., Dunkley J., Kogut A., Limon M., Meyer S.S., Tucker G.S., Wright E.L. (2013) Nine-year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observations: final maps and results. The Astrophysical Journal Supplement Series. 208, 2, 1-54. Available at: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0067-0049/208/2/20 DOI: https://doi.org/10.1088/0067-0049/208/2/20
Benson A.J. (2010) Galaxy formation theory. Physics Reports. 495, 2-3, 33-86. DOI:10.1016/j.physrep.2010.06.001. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physrep.2010.06.001
Larson D., Dunkley J., Hinshaw G., Komatsu E., Nolta M.R., Bennett C.L., Gold B., Halpern M., Hill R.S., Jarosik N., Kogut A., Limon M., Meyer S.S., Odegard N., Page L., Smith K.M., Spergel D.N., Tucker G.S., Weiland J.L., Wollack E. and Wright E.L. (2011) Seven-year wilkinson microwave anisotropy probe (WMAP*) observations: power spectra and WMAP-derived parameters. The Astrophysical Journal Supplement Series. 192(2), 1-19. DOI:10.1088/0067-0049/192/2/16. DOI: https://doi.org/10.1088/0067-0049/192/2/19
Weinberg D.H., Bullock J.S., Governato F., Kuzio de Naray R., Peter H.G. (2015) Cold dark matter: controversies on small scales. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112, 40, 12249-12255. DOI:10.1073/pnas.1308716112. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1308716112
Ji S.U., Sin S.J. (1994) Late-time phase transition and the galactic halo as a Bose liquid. II. The effect of visible matter. Physical Review D. 50, 6, 3655-3659. DOI:10.1103/PhysRevD.50.3655. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.50.3655
Guzmán F.S., Matos T. (2000) Scalar fields as dark matter in spiral galaxies. Classical and Quantum Gravity. 17 (1) L9-L16. DOI:10.1088/0264-9381/17/1/102. DOI: https://doi.org/10.1088/0264-9381/17/1/102
Guzman F.S., Matos T., Villegas H.B. (1999) Scalar fields as dark matter in spiral galaxies: comparison with experiments. Astronomische Nachrichten: News in Astronomy and Astrophysics. 320, 3, 97-104. DOI:10.1002/1521-3994(199907)320:3<97::AID-ASNA97>3.0.CO;2-M. DOI: https://doi.org/10.1002/1521-3994(199907)320:3<97::AID-ASNA97>3.0.CO;2-M
Lee J., Koh I. (1996) Galactic halos as boson stars. Physical Review D. 53, 4, 2236-2239. DOI:10.1103/PhysRevD.53.2236. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.53.2236
Hu W., Barkana R., Gruzinov A. (2000) Fuzzy cold dark matter: the wave properties of ultralight particles. Physical Review Letters. 85, 6, 1158-1161. DOI:10.1103/PhysRevLett.85.1158. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.85.1158
Schive H.Y., Chiueh T., Broadhurst T. (2014) Cosmic structure as the quantum interference of a coherent dark wave. Nature Physics. 10, 7, 496-499. DOI:10.1038/nphys2996. DOI: https://doi.org/10.1038/nphys2996
Boehmer C.G., Harko T. (2007) Can dark matter be a Bose–Einstein condensate? Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 06, 1-27. DOI:10.1088/1475-7516/2007/06/025. DOI: https://doi.org/10.1088/1475-7516/2007/06/025
Bogoliubov N. (1947) On the theory of superfluidity. J. Phys. 11 (1), 23. Available at: https://inspirehep.net/literature/45477
Robles V.H., Matos T. (2012) Exact solution to finite temperature SFDM: natural cores without feedback. The Astrophysical Journal. 763, 1, 1-8. DOI:10.1088/0004-637X/763/1/19. DOI: https://doi.org/10.1088/0004-637X/763/1/19
Kolb E.W., Turner M.S. (1981) The early universe. Nature. 294, 5841, 521-526. DOI:10.1038/294521a0. DOI: https://doi.org/10.1038/294521a0
Castellanos E., Matos T. (2013) Klein–Gordon Fields and Bose–Einstein Condensates: Thermal Bath Contributions. International Journal of Modern Physics B. 27, 11, p. 1350060. DOI:10.1142/S0217979213500604. DOI: https://doi.org/10.1142/S0217979213500604
Navarro J.F. (1996) The structure of cold dark matter halos. Symposium-international astronomical union. 171, 255-258. DOI:10.48550/arXiv.astro-ph/9511016. DOI: https://doi.org/10.1017/S0074180900232452
Burkert A. (1995) The structure of dark matter halos in dwarf galaxies. The Astrophysical Journal. 447, 1, L25-L28. DOI:10.1086/309560. DOI: https://doi.org/10.1086/309560
Jimenez R., Verde L., Oh S.P. (2003) Dark halo properties from rotation curves. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 339, 1, 243-259. DOI:10.1046/j.1365-8711.2003.06165.x. DOI: https://doi.org/10.1046/j.1365-8711.2003.06165.x
Levenberg K. (1944) A method for the solution of certain non-linear problems in least squares. Quarterly of applied mathematics. 2 (2), 164-168. DOI:10.1090/qam/10666. DOI: https://doi.org/10.1090/qam/10666
Marquardt D.W. (1963) An algorithm for least-squares estimation of nonlinear parameters. Journal of the society for Industrial and Applied Mathematics. 11, 2, 431-441. Available at: https://www.jstor.org/stable/2098941. DOI: https://doi.org/10.1137/0111030
Lelli F., McGaugh S.S., Schombert J.M. (2016) SPARC: Mass models for 175 disk galaxies with Spitzer photometry and accurate rotation curves. The Astronomical Journal. 152, 6, 1-14. DOI:10.3847/0004-6256/152/6/157. DOI: https://doi.org/10.3847/0004-6256/152/6/157
Kurmanov Ye., Boshkayev K., Konysbayev T., Muccino M., Urazalina A., Ikhsan G., Saiyp N., Rabigulova G, Karlinova M., Suliyeva G., Taukenova A. and Beissen N. (2023) Analysis of dark matter profiles in the halos of spiral galaxies. Physical Sciences and Technology. 10, 3-4, 4-16. DOI:10.26577/phst.2023.v10.i2.01. DOI: https://doi.org/10.26577/phst.2023.v10.i2.01
Boshkayev K., Konysbayev T., Kurmanov E., Muccino M. (2020) Dark matter properties in galaxy U5750. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan physico-mathematical series. 6, 81-90. DOI:10.32014/2020.2518-1726.101. DOI: https://doi.org/10.32014/2020.2518-1726.101
Boshkayev K., Konysbayev T., Kurmanov E., Muccino M., Zhumakhanova G. (2020) Physical properties of dark matter in galaxy U11454. Physical sciences and technology, 7, 11-20. DOI:10.26577/phst.2020.v7.i2.02. DOI: https://doi.org/10.26577/phst.2020.v7.i2.02
Boshkayev K., Konysbayev T., Kurmanov E., Luongo O., Muccino M. (2020) Imprint of pressure on characteristic dark matter profiles: the case of ESO0140040. Galaxies. 2020, 74, 1-13. DOI:10.3390/galaxies8040074. DOI: https://doi.org/10.3390/galaxies8040074
Boshkayev K., Zhumakhanova G., Mutalipova K., Muccino M. (2019) Investigation of different dark matter profiles. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan Physical and Mathematical Series. 6, 328, 25-33. DOI:10.32014/2019.2518-1726.70. DOI: https://doi.org/10.32014/2019.2518-1726.70
Sofue Y. (2015) Dark halos of M 31 and the Milky Way. Publications of the Astronomical Society of Japan. 67, 4, 75-84. DOI:10.1093/pasj/psv042. DOI: https://doi.org/10.1093/pasj/psv042
Salucci P. (2019) The distribution of dark matter in galaxies. The Astronomy and Astrophysics Review. 27, 1 – 60. DOI:10.1007/s00159-018-0113-1. DOI: https://doi.org/10.1007/s00159-018-0113-1
Boshkayev K.,Konysbayev T., Kurmanov Ye., Luongo O., Muccino M., Quevedo H., Zhumakhanova G. (2024) Numerical analyses of M31 dark matter profiles. 33, 03-04. DOI:10.1142/S0218271824500160. DOI: https://doi.org/10.1142/S0218271824500160
