Dark Matter Subhalos Gravitational Dynamics and Evolution
(2014) In Lund Observatory Examensarbeten ASTK01 20141Department of Astronomy and Theoretical Physics - Undergoing reorganization
Lund Observatory - Undergoing reorganization
- Abstract
- In this thesis, I present a case where Dark Matter subhalos would annihilate at some stage in their lifetime. The implication of this scenario could potentially aid the Missing Satellites and the Cusp-Core density profile problem. The Dark Matter particles’ annihilation process and effective “friction” lead to an energy and momentum loss into radiation and hence to the destabilization of the Dark Matter subhalo with subsequent collapse and total annihilation. Expected possible observational signa- ture of this effect is a multi-GeV gamma-ray burst, which is potentially observable by high-energy gamma-ray detectors such as FERMI etc. The basic purpose here is to develop a simple analytic model for the collapse dynamics of such a subhalo. I... (More)
- In this thesis, I present a case where Dark Matter subhalos would annihilate at some stage in their lifetime. The implication of this scenario could potentially aid the Missing Satellites and the Cusp-Core density profile problem. The Dark Matter particles’ annihilation process and effective “friction” lead to an energy and momentum loss into radiation and hence to the destabilization of the Dark Matter subhalo with subsequent collapse and total annihilation. Expected possible observational signa- ture of this effect is a multi-GeV gamma-ray burst, which is potentially observable by high-energy gamma-ray detectors such as FERMI etc. The basic purpose here is to develop a simple analytic model for the collapse dynamics of such a subhalo. I present results that show how the particle departure rate of a given subhalo does not depend on initial parameters such as initial contraction velocity, the initial radius and the initial mass of a given subhalo. Only does it depend on fundamental constants and Dark Matter model parameters, namely its mass and couplings to ordinary mat- ter particles in the Standard Model. This remarkable result potentially allows one to distinguish a whole class of catastrophic astrophysical events with universal characteristics independent on the formation history of such objects. These characteristics could then be used as constraints for the above-mentioned fundamental constants for a given Dark Matter model. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Vardagliga ting, så som detta papper, är sammanställt av vanlig materia. Det vi ser med våra ögon och genom teleskop när vi tittar upp mot stjärnorna är också sammanställt utav vanlig materia. Det visar sig att denna materia endast fyller vårt kända universum till 5 %. Resten kallas för Mörk Materia och Mörk Energi, där den föregående fyller universum med 27 % och den snarare till 68 %. Mörk Materia är postulerad till att existera då den vanliga materians massa i galaxer inte räcker för att förklara galaxers rotationskurvor. För att ackommodera galaxers observerade rotationshastighet pytsas massa från en okänd källa in, s.k. Mörk Materia.
Nyligen har väldigt hög-energiska fotoner blivit detekterade från jordens rotationsbana av ”the... (More) - Vardagliga ting, så som detta papper, är sammanställt av vanlig materia. Det vi ser med våra ögon och genom teleskop när vi tittar upp mot stjärnorna är också sammanställt utav vanlig materia. Det visar sig att denna materia endast fyller vårt kända universum till 5 %. Resten kallas för Mörk Materia och Mörk Energi, där den föregående fyller universum med 27 % och den snarare till 68 %. Mörk Materia är postulerad till att existera då den vanliga materians massa i galaxer inte räcker för att förklara galaxers rotationskurvor. För att ackommodera galaxers observerade rotationshastighet pytsas massa från en okänd källa in, s.k. Mörk Materia.
Nyligen har väldigt hög-energiska fotoner blivit detekterade från jordens rotationsbana av ”the Large Area Telescope” (LAT) ombord Fermi satelliten. Detta stärker fallet för existensen av Mörk Materia då det finns teorier om hur dessa fotoner kan komma till existens från kollisioner av Mörk Materia partiklar.
Dessa fotoner skulle ha omkring 10,000 gånger energi relativt till någon annan kosmologisk händelse, så som supernovor etc. Dessa höga energier kan troligtvis inte förklaras genom dagens ledande teori om vanlig materia, den s.k. ”Standard Model” av partikelfysik och därför borde modeller utanför denna modell studeras.
Idag tror de flesta astrofysiker att galaxer i universum är inbäddade i en svärm av sub halos som tillsammans gör ett halo av Mörk Materia. I det tidiga universumet förutsäger man att mörk och vanlig materia interagerade väldigt ofta. Vid ett senare tillfälle, då rum-tiden i universum expanderade, blev det för kallt för dem att interagera, den mörka materian frös där av ut. Dagens indirekt observerade mörka materia kan därför betraktas som relik från det förflutna.
Något som de flesta astrofysiker inte tror och vad som är presenterat i denna uppsats är scenariot där sub halos har förmågan att, vid något tillfälle i sitt annars statiska liv, totalt kollapsa och stråla ut all dess materia på en väldigt kort tid (någon minut eller två från mina resultat). Det är från dessa utstrålningar man skulle kunna se de hög-energiska fotonerna.
Simulationer av universums och där av galaxers evolution visar en större mängd Mörk Materia än vi faktiskt har i universum. Ett sub halo som vid något tillfälle försvinner i form av strålningsprodukter skulle kunna förklara varför vi inte observerar fler sub halos. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/4628780
- author
- Zigmanovic, Edvin LU
- supervisor
- organization
- course
- ASTK01 20141
- year
- 2014
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- keywords
- dark matter, subhalos
- publication/series
- Lund Observatory Examensarbeten
- report number
- 2014-EXA91
- language
- English
- id
- 4628780
- date added to LUP
- 2014-09-09 10:46:50
- date last changed
- 2014-09-09 10:46:50
@misc{4628780,
abstract = {{In this thesis, I present a case where Dark Matter subhalos would annihilate at some stage in their lifetime. The implication of this scenario could potentially aid the Missing Satellites and the Cusp-Core density profile problem. The Dark Matter particles’ annihilation process and effective “friction” lead to an energy and momentum loss into radiation and hence to the destabilization of the Dark Matter subhalo with subsequent collapse and total annihilation. Expected possible observational signa- ture of this effect is a multi-GeV gamma-ray burst, which is potentially observable by high-energy gamma-ray detectors such as FERMI etc. The basic purpose here is to develop a simple analytic model for the collapse dynamics of such a subhalo. I present results that show how the particle departure rate of a given subhalo does not depend on initial parameters such as initial contraction velocity, the initial radius and the initial mass of a given subhalo. Only does it depend on fundamental constants and Dark Matter model parameters, namely its mass and couplings to ordinary mat- ter particles in the Standard Model. This remarkable result potentially allows one to distinguish a whole class of catastrophic astrophysical events with universal characteristics independent on the formation history of such objects. These characteristics could then be used as constraints for the above-mentioned fundamental constants for a given Dark Matter model.}},
author = {{Zigmanovic, Edvin}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
series = {{Lund Observatory Examensarbeten}},
title = {{Dark Matter Subhalos Gravitational Dynamics and Evolution}},
year = {{2014}},
}