Gravothermal collapse and the diversity of galactic rotation curves
Notice bibliographique
Résumé
The rotation curves of spiral galaxies exhibit a great diversity that challenges our understanding of galaxy formation and the nature of dark matter. Previous studies showed that in self-interacting dark matter (SIDM) models with a cross section per unit mass of $\ensuremath{\sigma}/m\ensuremath{\approx}\mathcal{O}(1)\text{ }\text{ }{\mathrm{cm}}^{2}/\mathrm{g}$, the predicted dark matter central densities are a good match to the observed densities in galaxies. In this work, we explore a regime with a larger cross section of $\ensuremath{\sigma}/m\ensuremath{\approx}20\ensuremath{-}40\text{ }\text{ }{\mathrm{cm}}^{2}/\mathrm{g}$ in dwarf galactic halos. We will show that such strong dark matter self-interactions can further amplify the diversity of halo densities inherited from their assembly history. High concentration halos can enter the gravothermal collapse phase within 10 Gyr, resulting in a high density, while low concentration ones remain in the expansion phase and have a low density. We fit the rotation curves of 14 representative low surface brightness galaxies and demonstrate how the large range of observed central densities is naturally accommodated in the strong SIDM regime of $\ensuremath{\sigma}/m\ensuremath{\approx}20--40\text{ }\text{ }{\mathrm{cm}}^{2}/\mathrm{g}$. Galaxies that are outliers in the previous studies, due to their high halo central densities, are no longer outliers in this SIDM regime as their halos would be in the collapse phase. For galaxies with a low density, the SIDM fits are robust to the variation of the cross section. Our findings open up a new window for testing gravothermal collapse, the unique signature of strong dark matter self-interactions, and exploring a broader SIDM model space. As an example, we illustrate how the larger cross sections favored by our fits, together with upper limits from strong lensing observations in clusters, pick out the preferred SIDM model space for a dark matter particle coupled to a light gauge boson in the Born regime.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».