Аналітичні розрахунки динамічного тертя для сфери Пламмера в надлегкій темній матерії
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe70.11.759Ключові слова:
надлегка бозонна темна матерiя, сфера Пламмера, сила динамiчного тертя, кулястi скупчення, карликовi галактикиАнотація
Визначено силу динамiчного тертя, що дiє на неточковий об’єкт (кульовi скупчення та карликовi галактики), який рухається в середовищi надлегкої бозонної темної матерiї у станi бозе–айнштайнiвського конденсату. Моделюючи неточковий об’єкт як сферу Пламмера радiуса lp, ми знайшли аналiтичнi вирази для радiальної та тангенцiальної компонент сили динамiчного тертя, якi в граничному випадку lp → 0 переходять у вiдповiднi аналiтичнi вирази, отриманi в лiтературi для точкового об’єкта. Проаналiзовано залежнiсть сили динамiчного тертя вiд маси бозона та встановлено її немонотонний характер в iнтервалi мас 10−23–10−21 еВ.
Посилання
1. S. Chandrasekhar. Dynamical Friction. I. General considerations: The coefficient of dynamical friction. Astrophys. J. 97, 255 (1943).
https://doi.org/10.1086/144517
2. H. Bondi, F. Hoyle. On the mechanism of accretion by stars. Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 104, 273 (1944).
https://doi.org/10.1093/mnras/104.5.273
3. V. Dokuchaev. Emission of magnetoacoustic waves in the motion of stars in cosmic space. Soviet Astronomy 8, 23 (1964).
4. M. Ruderman, E. Spiegel. Galactic wakes. Astrophys. J. 165, 1 (1971).
https://doi.org/10.1086/150870
5. Y. Rephaeli, E. Salpeter. Flow past a massive object and the gravitational drag. Astrophys. J. 240, 20 (1980).
https://doi.org/10.1086/158202
6. E.C. Ostriker. Dynamical friction in a gaseous medium. Astrophys. J. 513, 252 (1999).
https://doi.org/10.1086/306858
7. P.-H. Chavanis. Self-gravitating Bose-Einstein condensates. Fundam. Theor. Phys. 178, 151 (2015).
https://doi.org/10.1007/978-3-319-10852-0_6
8. J.C. Niemeyer. Small-scale structure of fuzzy and axionlike dark matter. Prog. Part. Nucl. Phys. 113, 103787 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.ppnp.2020.103787
9. L. Hui. Wave dark matter. Ann. Rev. Astron. Astrophys. 59, 247 (2021).
https://doi.org/10.1146/annurev-astro-120920-010024
10. E. G. M. Ferreira. Ultra-light dark matter. Astron. Astrophys. Rev. 29, 7 (2021).
https://doi.org/10.1007/s00159-021-00135-6
11. P. Salucci. The distribution of dark matter in galaxies. Astron. Astrophys. Rev. 27, 2 (2019).
https://doi.org/10.1007/s00159-018-0113-1
12. L. Hui, J.P. Ostriker, S. Tremaine, E. Witten, Ultralight scalars as cosmological dark matter. Phys. Rev. D 95, 043541 (2017).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.95.043541
13. L. Lancaster, C. Giovanetti, P. Mocz, Y. Kahn, M. Lisanti, D.N. Spergel. Dynamical friction in a fuzzy dark matter universe. JCAP 01, 001 (2020).
https://doi.org/10.1088/1475-7516/2020/01/001
14. Y. Wang, R. Easther. Dynamical friction from ultralight dark matter. Phys. Rev. D 105, 063523 (2022).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.105.063523
15. R. Boey, Y. Wang, E. Kendall, R. Easther. Dynamical friction and black holes in ultralight dark matter solitons. Phys. Rev. D 109, 103526 (2024).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.103526
16. A. Boudon, P. Brax, P. Valageas. Subsonic accretion and dynamical friction for a black hole moving through a selfinteracting scalar dark matter cloud. Phys. Rev. D 106, 043507 (2022).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.106.043507
17. S.T.H. Hartman, H.A. Winther, D.F. Mota. Dynamical friction in Bose-Einstein condensed self-interacting dark matter at finite temperatures, and the Fornax dwarf spheroidal. Astron. Astrophys. 647, A70 (2021).
https://doi.org/10.1051/0004-6361/202039865
18. R. Buehler, V. Desjacques, Dynamical friction in fuzzy dark matter: Circular orbits. Phys. Rev. D 107, 023516 (2023).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.107.023516
19. L. Berezhiani, G. Cintia, V. De Luca, J. Khoury. Dynamical friction in dark matter superfluids: The evolution of black hole binaries. JCAP 06, 024 (2024).
https://doi.org/10.1088/1475-7516/2024/06/024
20. S. Tremaine, J. Ostriker, S. Spitzer. The formation of the nuclei of galaxies. Astrophys. J. 196, 407 (1975).
https://doi.org/10.1086/153422
21. H. Plummer. On the problem of distribution in globular star clusters. Mon. Not. R. Astron. Soc. 71, 460 (1911).
https://doi.org/10.1093/mnras/71.5.460
22. N. Glennon, N. Musoke, E.O. Nadler, C. Prescod-Weinstein, R.H. Wechsler. Dynamical friction in self-interacting ultralight dark matter. Phys. Rev. D 109, 063501 (2024).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.109.063501
23. D. Blas. Dark matter properties from the Fornax globular cluster timing: dynamical friction and cored profiles. In: 16th Marcel Grossmann Meeting on Recent Developments in Theoretical and Experimental General Relativity, Astrophysics and Relativistic Field Theories (2022), pp. 2089-2100; arXiv:2205.00289 [hep-ph].
https://doi.org/10.1142/9789811269776_0163
24. V.M. Gorkavenko, A.I. Yakimenko, A.O. Zaporozhchenko, E.V. Gorbar. Dynamical friction in ultralight dark matter: Plummer sphere perspective. Physica Scripta 100, 075039 (2025).
https://doi.org/10.1088/1402-4896/adebb7
25. I. Gradsteyn, I. Ryzhik. Table of Integrals, Series, and Products (Academic Press, 2014).
26. V. Desjacques, A. Nusser, R. Buehler. Analytic solution to the dynamical friction acting on circularly moving perturbers. Astrophys. J. 928, 64 (2022).
https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac5519
27. V.M. Gorkavenko, O.V. Barabash, T.V. Gorkavenko, O.M. Teslyk, A.O. Zaporozhchenko, J. Jia, A.I. Yakimenko, E.V. Gorbar. Dynamical friction in rotating ultralight dark matter galactic cores. Class. Quant. Grav. 41, 235013 (2024).
https://doi.org/10.1088/1361-6382/ad8a11
28. H.-Y. Schive, T. Chiueh, T. Broadhurst. Cosmic structure as the quantum interference of a coherent dark wave. Nature Phys. 10, 496 (2014).
https://doi.org/10.1038/nphys2996
29. B. Schwabe, J.C. Niemeyer, J.F. Engels. Simulations of solitonic core mergers in ultralight axion dark matter cosmologies. Phys. Rev. D 94, 043513 (2016).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.94.043513
30. P. Mocz, M. Vogelsberger, V.H. Robles, J. Zavala, M. Boylan-Kolchin, A. Fialkov, L. Hernquist. Galaxy formation with BECDM - I. Turbulence and relaxation of idealized haloes. Mon. Not. Roy. Astron. Soc. 471, 4559 (2017).
https://doi.org/10.1093/mnras/stx1887
31. J. Veltmaat, J.C. Niemeyer, B. Schwabe. Formation and structure of ultralight bosonic dark matter halos. Phys. Rev. D 98, 043509 (2018).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.98.043509
32. P.-H. Chavanis. Predictive model of BEC dark matter halos with a solitonic core and an isothermal atmosphere. Phys. Rev. D 100, 083022 (2019).
https://doi.org/10.1103/PhysRevD.100.083022
33. W.J. Frank, W.L. Daniel, F.B. Ronald, W.C. Charles. N IST Handbook of Mathematical Functions (Cambridge University Press, 2010).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
