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Modelling primordial black holes as a collisional dark matter fluid
Fridolin Glatter
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Astronomie
Betreuer*in
Oliver Hahn
DOI
10.25365/thesis.70640
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11238.30775.873741-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In diesem Masterprojekt untersuchen wir die Unterschiede in Strukturbildung zwischen primordialen Schwarzen Löchern und klassischer kalter Dunkler Materie. Während letztere stoßfrei ist, wären primordiale Schwarze Löcher durch Streuwechselwirkungen eine Art selbstwechselwirkender Dunkler Materie. Diese Streueffekte sollten zu Unterschieden in der Strukturbildung auf kleinen Skalen führen.
Zum Vergleich simulieren wir kosmologische Entwicklung mithilfe des N-Teilchen-Codes GADGET-4. Zuerst ersetzen wir dafür die hydrodynamischen Berechnungen mit den Streuwechselwirkungen der primordialen Schwarzen Löcher und berechnen Durchschnittswerte für ihre Masse und ihren Streuquerschnitt aus einer realistischen Massenfunktion. Anschließend testen wir unseren Algorithmus durch die Simulation ebener Wellen und die Reproduktion von Literaturergebnissen.
Nach erfolgreichen Tests simulieren wir kosmologische Boxen mit beiden Arten Dunkler Materie. Der Vergleich durch differentielle Dichteprofile zeigt, dass es praktisch keinen Unterschied gibt, obwohl wir einen erwarten würden. Da gleichzeitig unsere Auflösung zu gering ist, um die kleinsten Skalen zu untersuchen, ist unsere Hauptschlussfolgerung, dass die Simulationen mit besserer Auflösung wiederholt werden sollten.
Abstract
(Englisch)
In this master project, we study the difference in structure formation between primordial black holes and classical cold dark matter. While the latter is collisionless, primordial black holes would be a kind of self-interacting dark matter through scatter interactions. These scatter effects are expected to result in differences in structure formation on small scales.
For comparison, we simulate cosmological evolution using the N-body code GADGET-4. First, we replace the hydrodynamic calculations with the scatter interactions of the primordial black holes and compute average values for their mass and scatter cross section from a realistic mass function. Next, we test our algorithm by simulating plane waves and reproducing literature results.
After finishing the tests, we simulate cosmological boxes with both forms of dark matter. Comparing differential density profiles shows that there is almost no difference despite our expectations. However, since our resolution is too low to study the smallest scales, our main conclusion is that the simulations should be repeated using higher resolution.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Primordial Black Holes Cosmology N-Body Codes GADGET-4 Structure Formation
Schlagwörter
(Deutsch)
Primordiale Schwarze Löcher Kosmologie N-Teilchen Codes GADGET-4 Strukturbildung
Autor*innen
Fridolin Glatter
Haupttitel (Englisch)
Modelling primordial black holes as a collisional dark matter fluid
Paralleltitel (Deutsch)
Modellierung primordialer Schwarzer Löcher als Dunkle-Materie-Fluid mit Stößen
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
61 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Oliver Hahn
AC Nummer
AC16500007
Utheses ID
60924
Studienkennzahl
UA | 066 | 861 | |