АСТРОФИЗИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ, 2024, том 79, № 3, страницы 534–542
НЕЛИНЕЙНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ ЗВУКОВЫХ ВОЛН В ДОГАЛАКТИЧЕСКУЮ ЭПОХУ И ПОГЛОЩЕНИЕ В ЛИНИИ 21 СМ
© 2024
Ю. Н. Ерошенко1*
1Институт ядерных исследований РАН, Москва, 117312 Россия
*E-mail: eroshenko@inr.ac.ru
*E-mail: eroshenko@inr.ac.ru
УДК 524.8-17
Поступила в редакцию 20 сентября 2023 года; после доработки 30 апреля 2024 года; принята к публикации 13 мая 2024 года
Выполнен расчет структуры звуковых волн в барионном газе, генерируемых при эволюции сферически симметричных гало темной материи с массой, меньшей массы Джинса. При этом источник гравитационного поля, создающий волну, может находиться как на линейной стадии (эволюционирующее возмущение в темной материи), так и на нелинейной (обособившийся и вириализовавшийся объект). Пекулярные движения барионов в звуковой волне во втором порядке по скорости вызывают поглощение реликтового излучения в линии 21 см. Показано, что это дополнительное поглощение на звуковых волнах составляет доли процента на красных смещениях z ∼ 15–20 от величины поглощения в модели однородной Вселенной, однако дополнительное поглощение может иметь бо́льшую величину в случае нестандартного спектра космологических возмущений плотности вещества на малых масштабах.
Ключевые слова:
темные века, реионизация, первые звезды — темная материя
ФинансированиеСписок литературы
Работа финансировалась за счет бюджета учреждения. Никаких дополнительных грантов на проведение и руководство данным исследованием получено не было.
Список литературы
1. Y. Baryshev and P. Teerikorpi, Fundamental Questions of Practical Cosmology: Exploring the Realm of Galaxies (Science+Business Media B.V., 2012). DOI:10.1007/978-94-007-2379-5
2. W. B. Bonnor, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 117, 104 (1957). DOI:10.1093/mnras/117.1.104
3. J. D. Bowman, A. E. E. Rogers, R. A. Monsalve, et al., Nature 555 (7694), 67 (2018). DOI:10.1038/nature25792
4. V. K. Dubrovich, Sov. Astron. Letters 3, 128 (1977).
5. V. K. Dubrovich, arXiv e-prints arXiv:1805.04430 (2018). DOI:10.48550/arXiv.1805.04430
6. V. K. Dubrovich, Y. N. Eroshenko, and S. I. Grachev, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 503 (2), 3081 (2021). DOI:10.1093/mnras/stab689
7. V. K. Dubrovich and S. I. Grachev, Astronomy Letters 45 (11), 701 (2020). DOI:10.1134/S1063773719110021
8. L. Espinosa-Portalés and J. García-Bellido, Physical Review D 103 (4), article id. 043537 (2021). DOI:10.1103/PhysRevD.103.043537
9. G. B. Field, Astrophys. J. 129, 525 (1959). DOI:10.1086/146652
10. J.-B. Fouvry and M. Roule, Physical Review E 108 (5), article id. 054108 (2023). DOI:10.1103/PhysRevE.108.054108
11. S. R. Furlanetto, S. P. Oh, and F. H. Briggs, Physics Reports 433 (4–6), 181 (2006). DOI:10.1111/j.1365-2966.2010.17731.x
12. D. Huber and D. Pfenniger, Astron. and Astrophys. 386, 359 (2002). DOI:10.1051/0004-6361:20020232
13. A. Mesinger, S. Furlanetto, and R. Cen, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 411 (2), 955 (2011). DOI:10.1111/j.1365-2966.2010.17731.x
14. P. J. E. Peebles, Astrophys. J. 277, 470 (1984). DOI:10.1086/161714
15. M. V. Tkachev, S. V. Pilipenko, E. V. Mikheeva, and V. N. Lukash, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 527 (1), 1381 (2024). DOI:10.1093/mnras/stad3279
16. D. Tseliakhovich and C. Hirata, Physical Review D 82 (8), id. 083520 (2010). DOI:10.1103/PhysRevD.82.083520
17. E. O. Vasiliev and Y. A. Shchekinov, Astronomy Reports 56 (2), 77 (2012). DOI:10.1134/S1063772912020096
18. Y. Xu, B. Yue, and X. Chen, Astrophys. J. 869 (1), article id. 42 (2018).DOI:10.3847/1538-4357/aae97b
19. Y. B. Zel’dovich, Pis’ma Astron. Zh. 4, 165 (1978).
2. W. B. Bonnor, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 117, 104 (1957). DOI:10.1093/mnras/117.1.104
3. J. D. Bowman, A. E. E. Rogers, R. A. Monsalve, et al., Nature 555 (7694), 67 (2018). DOI:10.1038/nature25792
4. V. K. Dubrovich, Sov. Astron. Letters 3, 128 (1977).
5. V. K. Dubrovich, arXiv e-prints arXiv:1805.04430 (2018). DOI:10.48550/arXiv.1805.04430
6. V. K. Dubrovich, Y. N. Eroshenko, and S. I. Grachev, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 503 (2), 3081 (2021). DOI:10.1093/mnras/stab689
7. V. K. Dubrovich and S. I. Grachev, Astronomy Letters 45 (11), 701 (2020). DOI:10.1134/S1063773719110021
8. L. Espinosa-Portalés and J. García-Bellido, Physical Review D 103 (4), article id. 043537 (2021). DOI:10.1103/PhysRevD.103.043537
9. G. B. Field, Astrophys. J. 129, 525 (1959). DOI:10.1086/146652
10. J.-B. Fouvry and M. Roule, Physical Review E 108 (5), article id. 054108 (2023). DOI:10.1103/PhysRevE.108.054108
11. S. R. Furlanetto, S. P. Oh, and F. H. Briggs, Physics Reports 433 (4–6), 181 (2006). DOI:10.1111/j.1365-2966.2010.17731.x
12. D. Huber and D. Pfenniger, Astron. and Astrophys. 386, 359 (2002). DOI:10.1051/0004-6361:20020232
13. A. Mesinger, S. Furlanetto, and R. Cen, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 411 (2), 955 (2011). DOI:10.1111/j.1365-2966.2010.17731.x
14. P. J. E. Peebles, Astrophys. J. 277, 470 (1984). DOI:10.1086/161714
15. M. V. Tkachev, S. V. Pilipenko, E. V. Mikheeva, and V. N. Lukash, Monthly Notices Royal Astron. Soc. 527 (1), 1381 (2024). DOI:10.1093/mnras/stad3279
16. D. Tseliakhovich and C. Hirata, Physical Review D 82 (8), id. 083520 (2010). DOI:10.1103/PhysRevD.82.083520
17. E. O. Vasiliev and Y. A. Shchekinov, Astronomy Reports 56 (2), 77 (2012). DOI:10.1134/S1063772912020096
18. Y. Xu, B. Yue, and X. Chen, Astrophys. J. 869 (1), article id. 42 (2018).DOI:10.3847/1538-4357/aae97b
19. Y. B. Zel’dovich, Pis’ma Astron. Zh. 4, 165 (1978).
Nonlinear Generation of SoundWaves in the Pre-Galactic Era and Absorption in the 21-cm Line
© 2024
Yu. N. Eroshenko1*
1Institute of Nuclear Research, Russian Academy of Sciences, Moscow, 117312 Russia
*E-mail: eroshenko@inr.ac.ru
*E-mail: eroshenko@inr.ac.ru
The structure of sound waves in baryonic gas generated during the evolution of spherically symmetric dark matter halos with a mass less than the Jeans mass has been calculated. In this case, the source of the gravitational field that creates the wave can be at both the linear stage (evolving perturbation in darkmatter) and the nonlinear stage (separated and virialized object). Peculiar motions of baryons in a sound wave in the second order in speed cause the absorption of relict radiation in the 21 cm line. It is shown that this additional absorption on sound waves is a fraction of a percent at redshifts z ∼ 15–20 of the absorption value in the model of a homogeneous Universe, however, the additional absorption can be larger in the case of a non-standard spectrum of cosmological perturbations of matter density on small scales.
Keywords:
dark ages, reionization, first stars — dark matter
К содержанию номера