뾰족한 헤일로 문제
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1. 개요
뾰족한 헤일로 문제는 N체 우주론 시뮬레이션이 예측하는 차가운 암흑물질 헤일로 중심부의 뾰족한 밀도와 천문 관측 결과 사이의 불일치를 의미한다. 수치 시뮬레이션은 은하에서 은하단에 이르는 규모에서 관측과 상충하는 구조적 특징을 예측하며, 이는 헤일로 응축에 대한 관측 제약이 우주론적 변수에 대한 이론적 제한을 시사하는 문제로 이어진다. 이 문제에 대한 해결책으로 암흑물질의 성질을 수정하는 모델이 제시되었으며, 온화한 암흑 물질, 흐릿한 암흑물질, 자체 상호작용 암흑물질, 메타 차가운 암흑물질 등이 연구되고 있다.
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ΛCDM 모형은 우주 상수와 차가운 암흑 물질을 주요 구성 요소로 하여 우주의 팽창과 구조 형성을 설명하는 우주론 모형으로, 현대 우주론의 표준 모형으로 자리 잡았으나 암흑물질과 암흑에너지의 본질에 대한 설명 부족과 일부 관측과의 불일치 문제를 안고 있다. - 암흑물질 - 액시온
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| 뾰족한 헤일로 문제 | |
|---|---|
| 문제 개요 | |
| 유형 | 우주론의 미해결 문제 |
| 설명 | ΛCDM 모형 예측과 왜소은하 및 저표면밝기 은하의 관측된 암흑물질 분포 간의 불일치 |
| 상세 내용 | |
| 뾰족한 헤일로 문제 | N체 시뮬레이션은 암흑물질 헤일로가 은하 중심에서 밀도가 매우 높은 "뾰족한" 형태를 가질 것으로 예측하지만, 관측 결과는 중심 밀도가 낮은 "코어" 형태를 보이는 경우가 많다는 문제. |
| 원인 후보 | 바리온 피드백 자체적으로 상호작용하는 암흑물질 (SIDM) 따뜻한 암흑물질 (WDM) 수정 중력 이론 |
| 참고 자료 | |
| 관련 연구 | Nature (1994): 은하 헤일로 관측을 통한 소산 없는 암흑물질에 대한 증거 The Astronomical Journal (2015): LITTLE THINGS의 왜소은하 고해상도 질량 모델 MNRAS (1996): 왜소은하 헤일로의 코어 MNRAS (2012): 초신성 피드백이 암흑물질 뾰족함을 코어로 바꾸는 방법 MNRAS (2012): 따뜻한 암흑물질 우주에서 밝은 위성 은하의 헤일로 MNRAS (2015): 자체 상호작용 암흑물질을 가진 왜소 헤일로의 코어 형성: 미세 조정 불필요 Canadian Journal of Physics (2018): 암흑물질 헤일로에서 입자의 질량 및 분포 모델 |
2. 시뮬레이션과 관측
빌럼 얀 헤이르트 더블록(Willem Jan Geert de Bloknl)은 "차가운 암흑물질(CDM) 헤일로 중심부 첨두의 존재는 N체 우주론 시뮬레이션이 이끌어낸 가장 이르고 강력한 성과"라고 말한다. 람 후이(Lam Hui영어)는 "많은 이목을 끌었던 주요한 문제는 뾰족한 헤일로 문제, 즉 차가운 암흑물질 모형이 관측에 비해 지나치게 가파른 고밀도 핵이나 내부 윤곽을 가지는 헤일로를 예측한다는 것이다."라고 설명한다.
빌럼 얀 헤이르트 더블록(Willem Jan Geert de Bloknl)에 의하면 "차가운 암흑물질(CDM) 헤일로 중앙 돌기의 존재는 N체 우주론 시뮬레이션이 이끌어낸 가장 이르고 강력한 성과"이다. CDM 구조 생성을 다루는 수치 시뮬레이션은 천문 관측과 상충하는 구조 특성을 몇 가지 예측한다.
[1]
논문
Evidence against dissipation-less dark matter from observations of galaxy haloes
1994-08
차가운 암흑물질 구조 생성을 다루는 수치 시뮬레이션은 천문 관측과 상충하는 구조적 특징을 몇 가지 예측하며, 이러한 불일치는 은하에서 은하단에 이르는 규모에서 나타난다.
3. 가능한 해법
수치 시뮬레이션과 천문 관측이 상충하는 것은 핵/돌기 문제와 관련해서 수치적인 제약을 낳았다. 헤일로 응축에 관하여 관측이 내놓는 제약은 우주론 변수에 관한 이론적인 제한이 존재한다는 것을 의미했다. 맥고, 바커와 더블록에 의하면 헤일로 응축의 한계를 해석할 여지로는 기본적으로 세 가지가 있다.
# 차가운 암흑물질 헤일로는 돌기형이어야 하므로 정해진 한계가 우주론 변수에 관한 새로운 제약을 제공한다.
# 예컨대 피드백이나 암흑물질의 성질에 수정이 필요한 부분 같은 무언가가 돌기를 없애기 때문에 우주론에 제약을 건다.
# 차가운 암흑물질 시뮬레이션에서 제안된 헤일로 형성 그림이 잘못되었다.
은하 헤일로에서 돌기-핵 문제를 해결하는 한 가지 접근법은 암흑물질의 성질을 수정한 모델을 고려하는 것이다. 연구자들은 따뜻한 암흑물질, 흐릿한 암흑물질, 자체 상호작용 암흑물질, 메타 차가운 암흑물질 등의 가능성을 고려하기도 하였다. 한 가지 직관적인 해결책은 계의 에너지를 최소화하는 암흑물질 분포가 평탄한 중심 밀도 윤곽을 가진다는 것이다.
참조
[2]
논문
High-resolution Mass Models of Dwarf Galaxies from LITTLE THINGS
2015-05
[3]
논문
The cores of dwarf galaxy haloes
1996-12
[4]
논문
How supernova feedback turns dark matter cusps into cores
2012
[5]
논문
The haloes of bright satellite galaxies in a warm dark matter universe
2012-03
[6]
논문
Core formation in dwarf haloes with self-interacting dark matter: no fine-tuning necessary
2015-10
[7]
논문
A model for the mass and distribution of particles in dark matter halos
2018-11
[8]
논문
The core-cusp problem
[9]
논문
Unitarity Bounds and the Cuspy Halo Problem
[10]
논문
A limit on the cosmological mass density and power spectrum from the rotation curves of low surface brightness galaxies
2003-02-20
[11]
논문
Is There Evidence for Flat Cores in the Halos of Dwarf Galaxies? The Case of NGC 3109 and NGC 6822
2007-02-20
[12]
논문
Bulgeless dwarf galaxies and dark matter cores from supernova-driven outflows
2010-01-20
[13]
논문
The rotation velocity attributable to dark matter at intermediate radii in disk galaxies
2007-04-10
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