Структура карликовой галактики Fornax с преобладанием Темной Материи в самосогласованной модели

В работе рассматривается построение квазиравновесной самосогласованной двухкомпонентной модели карликовой галактики-спутника Млечного Пути в созвездии Fornax (Печь). В таких галактиках наблюдается преобладание тeмной материи и в них практически нет газовой составляющей. Эти объекты идеальны для моделирования N тел, учитывающего две компоненты: звездную и гало темной материи. Мы строим модель, где каждая из N частиц следует по своей орбите в самосогласованном потенциале, который этими частицами и создаeтся. В работе использован код, который включен в среду AGAMA и рассчитывает орбиты движения частиц в самосогласованном потенциале, используя метод Швардшильда. Для построения компонент в работе в качестве начального приближения была использована гидродинамическая модель галактики, учитывающая анизотропию дисперсии скоростей. Изначально гидродинамическими моделями, т.е. уравнениями Джинса, в литературе и ограничивались для этого объекта, но пробеги частиц темной материи и звезд в галактиках огромны и применимость гидродинамического приближения сомнительна. Дальнейшие исследования карликовых сфероидальных галактик-спутников Млечного Пути предполагали не самосогласованные (т.е. движения звезд в поле темного гало) модели этих объектов на основе функций распределения, зависящих от интегралов действия, либо самосогласованное моделирование проводилось для сферически симметричных моделей. Наша модель является самосогласованной и осесимметричной, т.е. учитывает вытянутость гало темной материи. По данным распределениям плотностей компонент мы получили модельный профиль дисперсии скоростей звездной составляющей галактики. Этот профиль согласуется с наблюдательными данными по звездной компоненте. Таким образом, взятое нами распределение плотности гало может использоваться для предсказаний аннигиляционного сигнала для темной материи. Мы также провели расчеты динамической эволюции полученной модели в самосогласованном гравитационном поле N тел. Модель оказалась достаточно устойчива на протяжении нескольких десятков динамических времен.

1. Mateo M.L. // Ann. Rev. Astron. Astrophys. 1998. V. 36. P. 435–506.

2. Gilmore G., Wilkinson M.I., Wyse R.F.G. et al. // Astrophys. J. 2007. V. 663. P. 948–959.

3. McConnachie M., Alan W. // Astron. J. 2012. V. 144. P. 4.

4. Tolstoy E., Hill V., Tosi M. // Ann. Rev. Astron. 2009. V. 47. P. 371–425.

5. Riess Ad.G., Filippenko A.V., Challis P. et al. // Astron. J. 1998. V. 116. P. 1009–1038.

6. de Blok W.J.G., Gaugh S.S.M., Bosma A., Rubin V.C. // Astrophys. J. 2001. V. 552. P. L23–L26.

7. Milgrom M. // Astrophys. J. 1983. V. 270. P. 365–370.

8. Bekenstein J.D. // Phys. Rev. D. 2004. V. 70. P. 083509.

9. Battaglia G., Helmi A., Breddels M. // New Astron. Rev. 2013. V. 57. Nos. 3–4. P. 52–79.

10. Peñarrubia J., Connahie A.W.M., Navarro J.F. // Astrophys. J. 2008. V. 672. No. 2. P. 904–913.

11. Strigari L.E., Bullock J.S., Kaplinghat M. et al. // Nature (London, U.K.). 2008. V. 454. No. 7208. P. 1096–1097.

12. Walker M.G., Mateo M., Olszewski E.W. et al. // Astrophys. J. 2009. V. 704. P. 1274–1287.

13. Salui P., Wilkinson M.I., Walker M.G. et al. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2012. V. 420. No. 3. P. 2034–2041.

14. Read J.I., Walker M.G., Steger P. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2019. V. 484. No. 1. P. 1401–1420.

15. Hayashi K., Chiba M. // Astrophys. J. 2012. V. 755. No. 2. P. 145.

16. Hayashi K., Ichikawa K., Matsumoto Sh. et al. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2016. V. 461. P. 2914–2928.

17. Wu X. // astro-ph/0702233. 2007.

18. Amorisco N.C., Evans N.W. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2011. V. 411. No. 4. P. 2118–2136.

19. Sanders J.L., Binney J. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2016. V. 457. No. 2. P. 2107–2121.

20. Jeffreson S.M.R., Sers J.L., Evans N.W. et al. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2017. V. 469. No. 4. P. 4740–4762.

21. Vasiliev E. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2018. V. 482. No. 2. P. 1525–1544.

22. Pascale R., Binney J., Nipoti C., Posti L. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2019. V. 488. No 2. P. 2423–2439.

23. Schwarzschild M. // Astrophys. J. 1979. V. 232. P. 236–247.

24. Breddels M.A., Helmi A. // Astron. Astrophys. 2013. V. 558. P. A35.

25. Jardel J.R., Gebhardt K. // Astrophys. J. 2012. V. 746. No. 1. P. 89.

26. Kowalczyk K., del Pino A., Lokas E.L., Valluri M. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2019. V. 482. No. 4. P. 5241–5249.

27. Zatrimaylov K. // arXiv: 2010.06573 (2020).

28. Hagen J.H.J., Helmi A., Breddels M.A. // Astron. Astrophys. 2019. V. 632. P. A99.

29. Battaglia G., Sollima A., Nipoti C. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2015. V. 454. No. 3. P. 2401–2415.

30. Gonzáalez-Morales A.X., Marsh D.J.E. , Peñarrubia J., Ureña-López L. A. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2017. V. 472. No. 2. P. 1346–1360.

31. Safarzadeh M., Spergel D.N. // Astrophys. J. 2020. V. 893. No. 1. P. 21.

32. Klypin A.A., Shandarin S.F. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 1983. V. 204. P. 891–907.

33. Dehnen W. // J. Comput. Phys. 2002. V. 179. P. 27–42.

34. Dehnen W. // Astrophys. J. 2000. V. 536. No. 1. P. L39–L42.

35. Vasiliev E., Valluri M. // Astrophys. J. 2020. V. 889. No. 1. P. 39.

36. King I. // Astron. J. 1962. V. 67. P. 471.

37. Plummer H.C. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 1911. V. 71. P. 460–470.

38. Walker M.G., Mateo M., Olszewski E.W. // Astron. J. 2009. V. 137. P. 3100–3108.

39. Irwin M., Hatzidimitriou D. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 1995. V. 277. P. 1354–1378.

40. Pietrzyńnski G., Górski M., Gieren W. et al. // Astron. J. 2009. V. 138. P. 459–465.

41. Battaglia G., Tolstoy E., Helmi A. et al. // Astron. Astrophys. 2006. V. 459. P. 423–440.

42. Hayashi K., Chiba M. // Astrophys. J. 2015. V. 810. P. 22.

43. Pascale R., Posti L., Nipoti C., Binney J. // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2018. V. 480. No. 1. P. 927–946.

44. Ando Sh., Geringer-Sameth A., Hiroshima N. et al. // Phys. Rev. D. 2020. V. 102. No. 6. P. 061302.