Loading...

Fuzzy Dark Matter and its Impacts on the Structure and Statistics of Halos

Manouchehri Kousha, Hamed | 2024

0 Viewed
  1. Type of Document: Ph.D. Dissertation
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 57413 (04)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Physics
  6. Advisor(s): Abolhasani, Aliakbar; Namjoo, Mohammad Hossein
  7. Abstract:
  8. According to the standard model of cosmology, around 26% of the universe’s energy content consists of a type of cold matter with minimal non-gravitational interaction, known as ”dark matter.” The standard ”cold dark matter” (CDM) can successfully explain observations across various scales. However, it faces challenges on small (galactic) scales, such as the ”core-cusp problem,” ”the missing satellite problem,” and ”the too-big-to-fail problem.” Fuzzy dark matter is a promising candidate for dark matter. It is characterized by its ultra-light mass, which gives rise to wave effects at astrophysical scales. These effects offer potential solutions to small-scale issues. In this thesis, we explore whether the physics of FDM, especially the quantum pressure leading to the suppression of structure formation on small scales, could have significant effects on the large-scale statistics of matter distribution. Firstly, we use the Effective Field Theory of Large Scale Structures (EFT of LSS) to integrate and represent small-scale physics on large scales using a set of free parameters, such as the speed of sound parameters. We conduct three simulations using FDM initial conditions and varying masses and compare their sound speeds with the standard CDM simulation. Secondly, we use nearest neighbor (NN) analysis as a key statistical tool to examine the structure and statistics of the cosmic web in FDM, CDM-only, and baryonic simulations. Our results, both in the EFT of LSS and in the NN analysis, emphasize that the small-scale physics of FDM could also have measurable effects at large scales
  9. Keywords:
  10. Fuzzy Dark Matter (FDM) ; Cosmological Simulation ; Effective Field Theory ; Nearest Neighbor Query ; Universe Large-Scale Structure

 Digital Object List

 Bookmark

  • پیشگفتار
  • مادّۀ تاریک فازی
    • شواهد وجود مادّۀ تاریک
      • خوشه‌های کهکشانی
      • منحنی‌های چرخش کهکشان‌های مارپیچی
      • ناهمسانگردی‌های تابش ریزموج زمینه کیهانی
      • تشکیل ساختارهای کیهانی و شبیه‌سازی‌ها
    • مدل استاندارد ماده تاریک سرد
    • بحران در مقیاس‌‌های کوچک
      • مسئله هسته-تیزی
      • مسئلۀ قمر گمشده
      • مسئله "بزرگتر از آنکه از ناکام بماند"
    • ماده تاریک فازی: بوزون‌های بسیار سبک بدون خود-برهمکنشی
      • معادلات تحوّل مادّۀ تاریک فازی
      • تشکیل هسته‌های سالیتونی
      • طرح‌های تداخلی
      • کاهش میزان تشکیل ساختارها در مقیاس کوچک
    • قیدگذاری بر روی جرم مادّۀ تاریک فازی
  • شبیه‌سازی‌های کیهانی
    • فضای فاز و معادلۀ ولاسوف
      • تقریب شاره کامل بدون فشار
      • تقریب چندذرّه‌ای (N-body)
      • تابع توزیع ویگنر و معادله شرودینگر
    • شبیه‌سازی‌های چند ذره‌ای (N-body)
      • شرایط اوّلیه
      • تحوّلات متأخّر و حل معادلات نیوتن
      • معرفی چند کُد شبیه‌سازی مهم
    • شبیه‌سازی‌های کیهانی مادّۀ تاریک فازی
      • شرایط اوّلیه برای کیهان دارای مادّۀ تاریک فازی
      • شبیه‌سازی تحوّلات مادّۀ تاریک فازی
  • نظریۀ میدان مؤثر ساختارهای بزرگ‌مقیاس برای جهانی شامل مادّۀ تاریک فازی
    • نظریۀ استاندارد اختلالات
      • نظریۀ اختلال برای مادّۀ تاریک فازی
      • شبیه‌سازی‌های انجام شده توسّط ما
    • نظریۀ میدان مؤثّر ساختارهای بزرگ‌مقیاس کیهانی
      • حدّ فروسرخ اختلالات و سرعت صوت مؤثّر
      • مقایسۀ سرعت صوت برای مادّۀ تاریک معمولی و فازی
  • تحلیل نزدیک‌ترین همسایه برای جهانی شامل مادّۀ تاریک فازی
    • تحلیل نزدیک‌ترین همسایه
      • تابع توزیع تجمعی/احتمالی تماس کروی و تابع توزیع تجمعی/احتمالی نزدیک‌ترین همسایه
      • زاویۀ نزدیک‌ترین همسایه‌ها
    • شبیه‌سازی‌های کیهانی
    • تحلیل داده‌ها
      • تحلیل فاصلۀ نزدیک‌ترین همسایه
      • تحلیل زاویۀ نزدیک‌ترین همسایه‌ها
      • نمودارهای مربوط به سایر شبیه‌سازی‌ها
      • بررسی وابستگی به انتقال‌به‌سرخ
    • جمع‌بندی نتایج
  • نتیجه‌گیری و مسیرهای پیش رو
  • مراجع
...see more