Введение
Нерешенная проблема в физике
Проблема куспийного гало (также известная как проблема куспийного ядра) — это расхождение между восстановленными профилями плотности темной материи в галактиках малой массы и профилями плотности, предсказанными космологическими N-частичными симуляциями. Почти все симуляции формируют гало темной материи с "куспидальным" распределением темной материи, где плотность резко возрастает к малым радиусам, в то время как кривые вращения большинства наблюдаемых карликовых галактик указывают на наличие плоских центральных профилей плотности темной материи ("ядер"). Предложено несколько возможных решений проблемы куспийного ядра. Многие недавние исследования показали, что включение барионной обратной связи (в особенности обратной связи от сверхновых и активных галактических ядер) может "сгладить" ядро профиля темной материи галактики, поскольку отток газа, вызванный обратной связью, создает изменяющийся во времени гравитационный потенциал, который передает энергию орбитам безстолкновенных частиц темной материи. Другие работы показали, что проблема куспийного ядра может быть решена вне рамок наиболее общепринятой парадигмы холодной темной материи (ХТМ): симуляции с теплой или самовзаимодействующей темной материей также приводят к образованию ядер темной материи в галактиках малой массы. Также возможно, что распределение темной материи, минимизирующее энергию системы, имеет плоский центральный профиль плотности темной материи.
The cuspy halo problem (also known as the core cusp problem) is a discrepancy between the inferred dark matter density profiles of low mass galaxies and the density profiles predicted by cosmological N body simulations. Nearly all simulations form dark matter halos which have "cuspy" dark matter distributions, with density increasing steeply at small radii, while the rotation curves of most observed dwarf galaxies suggest that they have flat central dark matter density profiles ("cores"). Several possible solutions to the core cusp problem have been proposed. Many recent studies have shown that including baryonic feedback (particularly feedback from supernovae and active galactic nuclei) can "flatten out" the core of a galaxy's dark matter profile, since feedback driven gas outflows produce a time varying gravitational potential that transfers energy to the orbits of the collisionless dark matter particles. Other works have shown that the core cusp problem can be solved outside of the most widely accepted Cold Dark Matter (CDM) paradigm: simulations with warm or self interacting dark matter also produce dark matter cores in low mass galaxies. It is also possible that the distribution of dark matter that minimizes the system energy has a flat central dark matter density profile.
Результаты моделирования
По словам В. Дж. Г. де Блока, "наличие куспа в центрах гало темной материи является одним из самых ранних и убедительных результатов, полученных в ходе N-частичных космологических симуляций". Численные симуляции формирования структуры темной материи предсказывают некоторые свойства структуры, которые не согласуются с астрономическими наблюдениями.
Замечания
Расхождения наблюдаются в масштабах от галактик до скоплений галактик. "Наибольшее внимание привлекло так называемое "проблема куспикулярных гало", заключающаяся в том, что модели КТМ предсказывают гало с плотным ядром или внутренним профилем, который оказывается слишком крутым по сравнению с наблюдаемыми данными."
Потенциальные решения
Конфликт между численными симуляциями и астрономическими наблюдениями порождает численные ограничения, связанные с проблемой ядра/куспа. Наблюдательные ограничения на концентрацию гало подразумевают наличие теоретических ограничений на космологические параметры. По мнению МакГо, Баркера и де Блока, существует три основных варианта интерпретации пределов концентрации гало, указанных ими или кем-либо другим: "Гало CDM должны иметь куспы, следовательно, указанные пределы верны и накладывают новые ограничения на космологические параметры." "Что-то (например, обратная связь, модификации природы темной материи) устраняет куспы и, таким образом, снимает ограничения на космологию." "Картина формирования гало, предлагаемая симуляциями CDM, ошибочна." Один из подходов к решению проблемы ядра/куспа в галактических гало – рассмотрение моделей, модифицирующих природу темной материи. Теоретики рассматривали, среди прочего, теплую, пушистую, самовзаимодействующую и мета-холодную темную материю. Прямым решением может быть то, что распределение темной материи, минимизирующее энергию системы, имеет плоский центральный профиль плотности темной материи.
"CDM halos must have cusps, so the stated limits hold and provide new constraints on cosmological parameters." "Something (e. g. feedback, modifications of the nature of dark matter) eliminates cusps and thus the constraints on cosmology." "The picture of halo formation suggested by CDM simulations is wrong." One approach to solving the cusp core problem in galactic halos is to consider models that modify the nature of dark matter; theorists have considered warm, fuzzy, self interacting, and meta cold dark matter, among other possibilities. One straightforward solution could be that the distribution of dark matter that minimizes the system energy has a flat central dark matter density profile.