Симуляции нечёткой тёмной материи уточнили предсказания для телескопа JWST
Международная группа учёных представила результаты новых N-теле симуляций, которые уточняют функцию масс гало в рамках модели нечёткой тёмной материи (FDM). В этой модели частицы тёмной материи обладают чрезвычайно малой массой (порядка 10??? эВ), что приводит к волновым эффектам на астрофизических масштабах и подавлению образования гало малой массы на ранних этапах эволюции Вселенной — в эпоху космического рассвета.
Авторы провели серию симуляций для чистых моделей FDM с массами частиц от 10??? до 2?10??? эВ, а также для смешанных моделей, где часть тёмной материи является холодной (CDM). Доля FDM в смешанных моделях варьировалась от 30% до 100%. Учёные также разработали метод выявления и удаления «ложных» гало, возникающих из-за дискретного шума, и количественно оценили сопутствующую систематическую неопределённость.
На основе симуляций получена новая аппроксимационная формула для функции масс гало, калиброванная для красных смещений от 6 до 11. Она применима как для чистых FDM-сценариев, так и для смешанных моделей. Сравнение показало, что результаты лучше согласуются с предыдущими симуляционными моделями, чем с существующими полуаналитическими формулами.
Однако для конкретного случая — массы частицы 10??? эВ и массы гало около 3?10? масс Солнца — новое моделирование даёт на 30% более слабое подавление, чем предсказывали более ранние работы. Это расхождение учёные объясняют тем, что предыдущие формулы были экстраполированы за пределы диапазона масс частиц, для которого проводились симуляции.
Ключевое практическое значение работы — возможность проверки моделей FDM с помощью будущих наблюдений космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). Наблюдения за галактиками на больших красных смещениях (z>10) в полях гравитационных линз, способные регистрировать объекты с абсолютной звёздной величиной M_UV > -13, позволят по функции светимости галактик проверить предсказания FDM-моделей. Как отмечают авторы, эти данные станут мощным тестом как для чистых, так и для смешанных моделей тёмной материи.
