Cosmological simulations of mixed ultralight dark matter
Rattachement africain : ca, us, de, gb. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.
Le résumé fourni par la source
The era of precision cosmology allows us to test the composition of the dark matter. Mixed ultralight or fuzzy dark matter (FDM) is a cosmological model with dark matter composed of a combination of particles of mass $m\ensuremath{\le}{10}^{\ensuremath{-}20}\text{ }\text{ }\mathrm{eV}$, with an astrophysical de Broglie wavelength, and particles with a negligible wavelength sharing the properties of cold dark matter (CDM). In this work, we simulate cosmological volumes with a dark matter wave function for the ultralight component coupled gravitationally to CDM particles. We investigate the impact of a mixture of CDM and FDM in various proportions (0%, 1%, 10%, 50%, 100%) and for ultralight particle masses ranging over five orders of magnitude ($2.5\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}25}\text{ }\text{ }\mathrm{eV}--2.5\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}21}\text{ }\text{ }\mathrm{eV}$). To track the evolution of density perturbations in the nonlinear regime, we adapt the simulation code axionyx to solve the CDM dynamics coupled to a FDM wave function obeying the Schr\"odinger-Poisson equations. We obtain the nonlinear power spectrum and study the impact of the wave effects on the growth of structure on different scales. We confirm that the steady-state solution of the Schr\"odinger-Poisson system holds at the center of halos in the presence of a CDM component when it composes 50% or less of the dark matter but find no stable density core when the FDM accounts for 10% or less of the dark matter. We implement a modified friends-of-friends halo finder and find good agreement between the observed halo abundance and the predictions from the adapted halo model axionhmcode.
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Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- Cosmological simulations of mixed ultralight dark matter
- Date Crossref
- 05/02/2024
- Éditeur
- American Physical Society (APS)
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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University of Toronto Canadian Institute for Theoretical Astrophysics pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Canadian Institute for Theoretical Astrophysics pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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University of Pennsylvania Department of Physics and Astronomy pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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University of Göttingen pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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King's College London Theoretical Particle Physics and Cosmology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Departamento de Física Teórica pays non établi dans la noticeInstitution
Canadian Institute for Theoretical Astrophysics — University of Toronto, Canadian Institute for Theoretical Astrophysics et Department of Physics and Astronomy — University of Pennsylvania, avec 3 autres affiliations.
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