Momento angular y dinámica interna de halos de materia

Abstract

Usualmente se asume que el momento angular (MA) de los halos de materia oscura surge durante las etapas lineales de formación de estructura, como consecuencia del acoplamiento entre la forma de los protohalos y el campo de marea producido por las perturbaciones de densidad circundantes. Se ha demostrado que este enfoque, conocido como teoría de torque de mareas (TTT, por las siglas en inglés de tidal torque theory), predice razonablemente bien la evolución media tanto de la amplitud como de la orientación del MA hasta aproximadamente el momento en que los protohalos colapsan. A partir de ese punto, estos sistemas se ven cada vez más afectados por procesos no lineales que el modelo no tiene en cuenta. Sin embargo, vemos en simulaciones numéricas que, incluso en etapas muy tempranas, existe una reorientación sistemática del MA hacia direcciones perpendiculares a los filamentos cósmicos, en contradicción con la orientación fija predicha por la TTT. En este trabajo presentamos un enfoque analítico novedoso que introduce un factor de escala anisotrópico a las ecuaciones estándar de la TTT, lo que permite que la orientación del MA cambie en el tiempo, incluso durante el régimen lineal. La amplitud y dirección de este cambio dependen del campo de marea en gran escala alrededor de los protohalos en formación. Nuestros resultados mejoran significativamente las predicciones para la dirección del MA hasta el momento del colapso de los protohalos y, en algunos casos, incluso más en el tiempo.

It is usually assumed that the angular momentum (AM) of dark matter halos arises during the linear stages of structure formation, as a consequence of the coupling between the proto-haloes' shape and the tidal field produced by their surrounding density perturbations. This approach, known as linear tidal torque theory (TTT), has been shown to make fairly good predictions about the mean evolution of both the AM amplitude and orientation up to approximately the time when the proto-haloes collapse. After this point, proto-haloes are increasingly affected by non-linear processes that are not taken into account by the model. However, it has been seen in numerical simulations that, even at very early stages, the AM of proto-haloes is systematically reoriented towards perpendicularity with respect to the forming cosmic filaments, in contradiction with the fixed direction expected from the TTT. In this work we present a novel analytical approach that introduces an anisotropic scaling factor to the standard TTT equations, which allows the AM orientation to change in time, even during the linear regime. The amplitude and direction of this shift depend on the large scale tidal field around the forming proto-haloes. Our results significantly improve the predictions for the AM direction up to the time of protohalo collapse and, in some cases, even further in time.