”完全に暗い”ダークマターハローは存在するのか(Do “Completely Dark” Dark Matter Halos Exist?)

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2025-04-08 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

カリフォルニア大学サンディエゴ校(UC San Diego)の計算天体物理学者イーサン・ナドラー氏は、星を形成しない「完全に暗い」ダークマターハローの存在可能性を探究しています。従来、星形成が起こるハローの質量閾値は1億から10億太陽質量と考えられていましたが、ナドラー氏の研究により、分子水素の冷却によって1,000万太陽質量程度のハローでも星形成が可能であることが示されました。この研究成果は、2025年4月8日に『Astrophysical Journal Letters』に掲載されています。今後、ルービン天文台やジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)による観測データを活用し、完全に暗いハローの存在を検証することが期待されています。

<関連情報>

水素分子の冷却が銀河形成の閾値に与える影響 The Impact of Molecular Hydrogen Cooling on the Galaxy Formation Threshold

Ethan O. Nadler
The Astrophysical Journal Letters  Published 2025 April 8
DOI:10.3847/2041-8213/adbc6e

”完全に暗い”ダークマターハローは存在するのか(Do “Completely Dark” Dark Matter Halos Exist?)

Abstract

We study the impact of molecular (H2) and atomic (H i) hydrogen cooling on the galaxy formation threshold. We calculate the fraction of dark matter (DM) halos that exceeds a critical mass required for star formation, Mcrit(z), as a function of their peak mass. By convolving analytic halo mass accretion histories (MAHs) with models for Mcrit(z), we predict that halos with peak virial masses below ∼108 M can form stars before reionization through H2 cooling. These halos remain dark when only H i cooling and reionization are modeled. However, less than ≈10% of halos with peak masses below ∼107 M ever exceed Mcrit(z), even when H2 cooling is included; this threshold is primarily set by relative streaming motion between DM and baryons imprinted at recombination. We obtain similar results using subhalo MAHs from an extremely high-resolution cosmological DM-only zoom-in simulation of a Milky Way (MW) analog (particle mass 6.3 × 103 M). Based on the abundance of MW satellites, these results imply that at least some known ultrafaint dwarf galaxies formed through H2 cooling. This work sharpens predictions for the galaxy formation threshold and demonstrates how its essential features emerge from the underlying distribution of halo growth histories.

1701物理及び化学
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