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Die Entstehungsgeschichte der dichten Kerne von CDM-Halos

Hetznecker, Helmut

English Title: The Formation History of the Dense Cores of CDM-Halos

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Postscript, German
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Abstract

Über die zentrale Struktur Dunkler Halos gibt es einander widersprechende Aussagen aus numerischen Simulationen und der Beobachtung von galaktischen Rotationskurven. Während in theoretischen Arbeiten stets singuläre Dichteprofile in Zentrumsnähe gefunden wurden, sprechen Beobachtungen für Innenbereiche mit konstanter Dichte. Verschiedene Versuche seitens der Theorie, durch modifizerte Modelle der Haloformation oder veränderter Konzepte der Dunklen Materie die beobachtete Struktur zu verstehen, sind bislang gescheitert. In der vorliegenden Arbeit wird im Rahmen kosmologischer N-Körper-Simulationen untersucht, wie sich eine lokal begrenzte Veränderung der kosmologischen Anfangsbedingungen auf die Struktur der Dunklen Halos bei z=0 auswirkt. Dazu wurden mit Hilfe eines bereits vorhandenen hierarchischen Treecodes und der Spezial-Hardware 'Grape' eine Reihe von Simulationen mit unterschiedlichen kosmologischen Parametern durchgeführt, und darin eine Anzahl hinreichend aufgelöster Dunkler Halos identifiziert. Wie sich zunächst zeigte, stammt die Materie in den Halozentren stets aus primordialen Gebieten mit lokal maximaler Dichte. Dies gilt für Halos, die in ihrer Entwicklung einen oder mehrere 'equal mass merger' erleiden, wie auch für solche, die vornehmlich durch den dynamisch einfacheren Vorgang der kontinuierlichen Akkretion entstehen. Bei einer Anzahl zufällig ausgewählter Vertreter beider Klassen wurden die Geschwindigkeitsvektoren der 'Kernmaterie' bei hoher Rotverschiebung in willkürlicher Weise verändert und unter sonst identischen Bedingungen wiederholt simuliert. Wie sich zeigte, nimmt eine derartige lokale Veränderung der Anfangsbedingungen einen kaum merklichen Einfluss auf die zentrale Struktur Dunkler Halos. Die Effektivität 'heftiger Relaxation' ist offensichtlich hoch genug, um das wiederholt gefundene universelle Dichteprofil zu erzeugen. Ein Lösung des Dichteproblems der Halozentren kann auf diesem Wege nicht erreicht werden.

Translation of abstract (English)

Concerning the central structure of dark matter halos, there are inconsistent statements coming from numerical simulations and observations of galactic rotation curves. While theoretical work finds singular density profiles ho(r)propto r^{-alpha} with alpha >= 1 near the center, observations argue for central regions with constant densities. Various attempts on the part of theory to reproduce the observed structure by modified models of halo formation and evolution have failed until now. The aim of the present work is to investigate the effect of a locally restricted modification of the cosmological initial conditions on the structure of dark haloes at z=0, using cosmological N-body simulations. For this purpose a series of simulations has been carried out using an already available hierarchical Treecode - which was extended to treat comoving coordinates - and the special purpose hardware 'Grape'. As it turns out, the matter which occupies the halo centers always originates from primordial regions of local maximum density. This is valid for halos suffering a number of ''equal mass mergers'' during their formation as well as for those which form primarily by the dynamically less complex process of continuous accretion. The simulations were repeated under identical conditions for a randomly chosen number of haloes of either class with only the velocity vectors of the ''core matter'' arbitrarily modified. We find that such a local modification of the initial conditions does not noticeably affekt the inner structure of dark haloes. The effectiveness of ''violent relaxation'' is obviously high enough to produce the universal numerical density profile. Hence, a solution to the density problem of the halo centers is unreachable this way.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Burkert, Dr. Priv. Andreas
Date of thesis defense: 25 June 2001
Date Deposited: 10 Jul 2001 00:00
Date: 2001
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Astronomy
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Kosmologie, Strukturbildung
Uncontrolled Keywords: Dunkle Materie HalosCosmology, structure formation, dark matter halos
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