恒星ストリームの特徴を物理学者が解明(Physicists explain a stellar stream’s distinctive features)

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2025-01-06 カリフォルニア大学リバーサイド校(UCR)

カリフォルニア大学リバーサイド校の研究により、銀河系GD-1恒星流の特徴的な「スパーとギャップ」が、自己相互作用ダークマター(SIDM)サブハローによって生じる可能性が示されました。この研究では、N体シミュレーションを用いて、SIDMが恒星流の空間および速度分布を乱す様子を再現。これにより、観測された異常な構造が従来の冷たいダークマター理論では説明できないことが解明されました。研究はダークマターの性質解明に新たな道を拓くと期待されています。

<関連情報>

GD-1 恒星流摂動体は、コアが崩壊した自己相互作用暗黒物質ハローとして機能します The GD-1 Stellar Stream Perturber as a Core-collapsed Self-interacting Dark Matter Halo

Xingyu Zhang, Hai-Bo Yu, Daneng Yang, and Ethan O. Nadler
The Astrophysical Journal Letters  Published: 2025 January 3
DOI:10.3847/2041-8213/ada02b

恒星ストリームの特徴を物理学者が解明(Physicists explain a stellar stream’s distinctive features)

Abstract

The GD-1 stellar stream exhibits spur and gap structures that may result from a close encounter with a dense substructure. When interpreted as a dark matter subhalo, the perturber is denser than predicted in the standard cold dark matter (CDM) model. In self-interacting dark matter (SIDM), however, a halo could evolve into a phase of gravothermal collapse, resulting in a higher central density than its CDM counterpart. We conduct high-resolution controlled N-body simulations to show that a collapsed SIDM halo could account for the GD-1 perturber’s high density. We model a progenitor halo with a mass of 3 × 108 M, motivated by a cosmological simulation of a Milky Way analog, and evolve it in the Milky Way’s tidal field. For a cross section per mass of σ/m ≈ 30–100 cm2 g−1 at Vmax~10kms−1, the enclosed mass of the SIDM halo within the inner 10 pc can be increased by more than 1 order of magnitude compared to its CDM counterpart, leading to a good agreement with the properties of the GD-1 perturber. Our findings indicate that stellar streams provide a novel probe into the self-interacting nature of dark matter.

1701物理及び化学
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