Einfluß der baryonischen Kühlung auf die Halo-Konfiguration der Dark-Matter

Diplomarbeit

Von November 2005 bis Juli 2007 habe ich am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) an meiner Masterarbeit gearbeitet. Ziel war es, einen Halo aus dunkler Materie und baryonischem Gas zu untersuchen und die Dynamik des Systems als Folge der Gaskontraktion durch Kühlung zu analysieren. Dies geschah in einem sphärisch-symmetrischen Halo.

Die dunkle Materie und das Gas wurde dabei als System aus zwei Fluiden behandelt. Dies kann unter der Annahme einer lokalen Maxwell’schen Geschwindigkeitsverteilung für die dunkle Materie zu jeder Zeit erfolgen. Wenn eine Umverteilung der Dunklen-Materie-Partikel mit heftigen Relaxationsprozessen mit kurzen charakteristischen Zeiten einhergeht und die Verteilung ausreichend grobkörnig ist, ist diese Annahme eine gute Annäherung.

Das betrachtete Modell besteht dann aus zwei unabhängigen Flüssigkeiten, die nur durch das Gravitationspotenzial gekoppelt sind. Die Ausgangsbedingungen wurden durch eine stationäre polytrope Kugel für die Gaskomponente realisiert. Für die Dunkle Materiekomponente wird die stationäre Jeans-Gleichung für eine gegebene Dichteverteilung gelöst. Die Dynamik wurde durch einen eulerschen Godunov-Code erster Ordnung berechnet, den ich basierend auf einem Code von E. Toro entwickelt habe.

In diesem einfachen Modell bricht ein Halo von der Größe und Masse einer Galaxie zusammen, wenn das Gas gekühlt wird. Die Anwesenheit von dunkler Materie beschleunigt den Zusammenbruch erheblich. Bei einem Halo mit einer Masse von etwa 100000 Sonnenmassen hängt das Verhalten stark vom anfänglichen Dichteprofil und damit von der Temperatur ab. Der Halo bricht entweder zusammen oder erreicht einen quasistationären Zustand. Die Zeitentwicklung zeigt ein bestimmtes Verhalten.

Den vollständigen Text meiner Arbeit finden Sie hier.

Im Juli 2008 haben wir die wichtigsten Ergebnisse in Klar & Mücket 2008 veröffentlicht.

Zusammenarbeit

Dr. Jan-Peter Mücket, Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)
Prof. Dr. Horst-Heino von Borzeszkowski, TU Berlin

Publikationen

The impact of the dark matter-gas interaction on the collapse behavior of spherical symmetric systems
Jochen Sebastian Klar and Jan Peter Mücket
Astronomy and Astrophysics, Volume 486, Issue 1, 2008, pp.25-33 (2008)
ADS: https://adsabs.harvard.edu/abs/2008A%26A...486...25K
DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361:200809657