Signal from age of the first stars

Fora ASTRO-FORUM NYT FRA VIDENSKABEN Signal from age of the first stars

  • Dette emne har 36 svar og 2 stemmer, og blev senest opdateret for 6 år, 1 måned siden af Bjarne. This post has been viewed 2371 times
Viser 15 indlæg - 16 til 30 (af 37 i alt)
  • Forfatter
    Indlæg
  • #316808

    Bjarne
    Moderator
      • Super Nova

      https://arxiv.org/abs/1803.01849

      Galaxies covering several orders of magnitude in stellar mass and a variety of Hubble types have been shown to follow the “Radial Acceleration Relation” (RAR), a relationship between gobs, the observed circular acceleration of the galaxy, and gbar, the acceleration due to the total baryonic mass of the galaxy. For accelerations above 10-10 m/s2, gobs traces gbar, asymptoting to the 1:1 line. Below this scale, there is a break in the relation such that gobs ∼ gbar1/2. We show that the RAR slope, scatter and the acceleration scale are all natural consequences of the well-known baryonic Tully-Fisher relation (BTFR). We further demonstrate that galaxies with a variety of baryonic and dark matter (DM) profiles and a wide range of dark halo and galaxy properties (well beyond those expected in CDM) lie on the RAR if we simply require that their rotation curves satisfy the BTFR. We explore conditions needed to break this degeneracy: sub-kpc resolved rotation curves inside of “cored” DM-dominated profiles and/or outside ≫ 100 kpc could lie on BTFR but deviate in the RAR, providing new constraints on DM.

      Dette viser, at Cold Dark Matter har store problemer med at forklare skivegalaksers rotationskurver.

      #316810

      Bjarne
      Moderator
        • Super Nova

        Rotation curves of galaxies and the stellar mass-to-light ratio

        Mass models of a sample of 171 low- and high-surface brightness galaxies are presented in the context of the cold dark matter (CDM) theory using the NFW dark matter halo density distribution to extract a new concentration-viral mass relation (c-Mvir). The rotation curves (RCs) are calculated from the total baryonic matter based on the 3.6 μm-band surface photometry, the observed distribution of neutral hydrogen, and the dark halo, in which the three adjustable parameters are the stellar mass-to-light ratio, halo concentration and virial mass. Although accounting for a NFW dark halo profile can explain rotation curve observations, the implied c-Mvir relation from RC analysis strongly disagrees with that resulting from different cosmological simulations. Also, the M/L-color correlation of the studied galaxies is inconsistent with that expected from stellar population synthesis models with different stellar initial mass functions. Moreover, we show that the best-fitting stellar M/L-ratios of 51 galaxies (30% of our sample) have unphysically negative values in the framework of the ΛCDM theory. This can be interpreted as a serious crisis for this theory. This suggests either that the commonly used NFW halo profile, which is a natural result of ΛCDM cosmological structure formation, is not an appropriate profile for the dark halos of galaxies, or, new dark matter physics or alternative gravity models are needed to explain the rotational velocities of disk galaxies.

        Denne artikel kommer til den samme konklusion: Cold Dark Matter har alvorlige problemer med at forklare skivegalaksers rotationskurver. Jeg vil ikke lægge mig fast på nogen bestemt forklaring, men denne problemstilling gør det ikke så mærkeligt, at absorptionen fra 21-cm linien ikke passer med forudsigelserne fra ΛCDM-modellen. Hertil kommer, at man heller ikke kender den mørke energis sande natur.

        #316829

        Bjarne
        Moderator
          • Super Nova

          Strong Hydrogen Absorption at Cosmic Dawn: the Signature of a Baryonic Universe

          The recently reported detection of redshifted 21cm absorption at z ≈ 17 is a significant advance in the exploration of the cosmic dark ages. The observed signal (T21 ≈ -0.5 K with the limit T21 < -0.3 K at 99% c.l.) is anomalously strong for ΛCDM, which predicts at most -0.24 K. Here I show that the strong observed signal is expected in a purely baryonic universe.

          Dybden og rødforskydningen af 21-cm linien ved starten af reioniseringen er, som jeg viste i et tidligere indlæg, uafhængig af den kosmologiske ekspansionsfaktor a(t). Den er med andre ord kun afhængig af den relative brøkdel af baryonisk stof (hydrogen og helium). Stacy McGaugh viser i denne artikel, at et rent baryonisk univers giver det perfekte fit til observationerne. McGaugh har i 20 år været fortaler for, at galaksernes rotationskurver bedst kan forklares ved Modified Newtonian Dynamics (MOND). En modifikation af den newtonske kraftformel er selvfølgelig stærkt problematisk, da den bryder med Einsteins generelle relativitetsteori og derfor slet ikke kan forklare lysets afbøjning af gravitationslinser. Det kolde mørke stofs største succes er, at det kan forklare spektret for lydbølgerne i den kosmiske mikrobølge-baggrundsstråling. Disse målinger kan ikke forklares i et rent baryonist univers uden at ændre den Generelle Relativitetsteori. MOND er derfor et uartigt ord i “teoretiske” kredse. Stacy McGaughs taktik har derfor været at undgå ordet MOND og kun beskrive observationer af rotationskurver og de observerede massetætheder i form af stjerner og gas (baryonisk stof). Der er altid en betydelig usikkerhed i den teoretiske bestemmelse af stjernernes masse/lysstyrke-forhold. De nye observationer er derfor en langt renere test af universets indhold af baryoner. Hvis Universet er rent baryonisk ved z = 17, hvordan forklarer man så powerspektret for den kosmiske mikrobølge-baggrundsstråling? Kan man overhovedet danne de første stjerner uden hjælp af mørkt stof? Hvordan forklarer man sammenstød mellem to galaksehobe, hvor røntgengas lades tilbage, når to klumper af mørkt stof passerer igennem hinanden?

          Modified Newtonian Dynamics (MOND)

          A single galaxy might seem a little thing to those who consider only the immeasurable vastness of the universe, and not the minute precision to which all things therein are shaped.

          Denne side indeholder Stacy S. McGaughs argumenter for og imod MOND.

           

          #316855

          Bjarne
          Moderator
            • Super Nova

            Både MOND og CDM har områder med store succeser, men de forekommer umiddelbart uforenelige. Her er en figur fra artiklen om absorptionen fra 21cm-signalet:

            McGaugh-H21

            Profilen afhænger både af antallet af hydrogenatomer og at deres temperatur. I begge modeller antages, at hydrogenatomerne KUN vekselvirker med den elektromagnetiske stråling.

            #316878

            Bjarne
            Moderator
              • Super Nova

              Det er måske på sin plads, at jeg forsøger at fortælle om, hvordan ideen om mørkt stof udviklede sig efter 1970. Det bliver efter hukommelsen uden opslag i bøger. Det blev klart, at galaksernes flade rotationskurver ikke kunne forklares ved massefordelingen i stjerner og gas. De antydede eksistensen af haloer bestående af mørkt stof. Tully og Fishers relation mellem den totale masse i form stjerner og den maksimale rotationshastighed viste, at det mørke stofs effekt varierer systematisk med massen i form af stjerner. Hvorfor er virkningen af det mørke stof så afhængig af det lysende stof?

              Der var en stærk teoretisk forventning om, at Universets massetæthed svarede til den kritiske tæthed for Einstein – de Sitter modellen. Den samlede masse i galaksernes stjerner udgør imidlertid langt under en promille af den kritiske tæthed. Findes der partikler i den fysiske standardmodel, som eventuelt kunne forklare det mørke stof? Den eneste mulighed var neutrinoerne. Man antog sædvanligvis, at deres hvilemasser var nul, men intet hindrer, at de kan have en endelig hvilemasse. Man antog nu, at den kritiske masse blev udgjort af neutrinoer produceret i det tidlige univers. Denne antagelse fastlægger deres hvilemassers størrelse. Man udførte de første simuleringer af, hvordan små variationer i tætheden vokser som følge af gravitionel ustabilitet. Denne struktur angiver den forventede rumlige fordeling af galakserne. Simuleringernes rumlige fordeling var alt for jævn i forhold til den målte galaksefordeling. Dette skyldes neutrinoerne ret store hastigheder. Man forsøgte derfor at udskifte neutrinoerne med nogle meget større masser og derfor tilsvarende mindre hastigheder. Partiklers hastighedskvadrat angives ved en temperatur. På denne måde opstod Cold Dark Matter (CDM). CDM kunne forklare galaksernes rumlige fordeling.

              Man forsøgte op gennem 1970’erne og 1980’erne at måle de forventede intensitetsvariationer i den kosmiske mikrobølge-baggrundsstråling, som senere skulle blive til galakser, men uden held. Der opstod efterhånden en krise, idet så små tæthedsvariationer ikke har tid til at vokse sig til galaksestørrelse. Findes der en effekt, som kan gøre de målte intensitetsvariationer mindre uden samtidigt at gøre tæthedsvariationerne mindre? Ja! Tæthedsvariationer i koldt mørkt stof kan sagtens vokse, selvom tætheden i plasmaet bestående af atomkerner, elektroner og stråling ikke vokser, idet plasmaet svinger som stående lydbølger. Det kolde mørke stof kom således kosmologien til undsætning og reddede målingerne af den kosmiske mikrobølge-baggrundsstråling, som første gang blev detekteret af COBE i 1992.

              Universets acceleration blev til alles store overraskelse opdaget i 1998. Man gravede derfor Einsteins kosmologiske konstant Λ frem igen. Den kosmologiske konstant blev bekræftet af WMAPs målinger af powerspektret for den kosmologiske baggrundsstråling. Denne model baseret på Einsteins kosmologiske konstant Λ og CDM kaldes den kosmologiske “standardmodel”. Men der er egentlig ikke nogen form for standardfysik over modellen. Man kender ikke det kolde stofs sande natur, og man ved slet ikke, hvad Λ eller mørk energi er.

              #316889

              Bjarne
              Moderator
                • Super Nova

                Signs of Dark Matter at 21-cm?

                Recently the EDGES collaboration reported an anomalous absorption signal in the sky-averaged 21-cm spectrum around z=17. Such a signal may be understood as an indication for an unexpected cooling of the hydrogen gas during or prior to the so called Cosmic Dawn era. Here we explore the possibility that dark matter cooled the gas through velocity-dependent, Rutherford-like interactions. We argue that such interactions require a light mediator that is highly constrained by 5th force experiments and limits from stellar cooling. Consequently, only a hidden or the visible photon can in principle mediate such a force. Neutral hydrogen thus plays a sub-leading role and the cooling occurs via the residual free electrons and protons. We find that these two scenarios are strongly constrained by the predicted dark matter self-interactions and by limits on millicharged dark matter respectively. We conclude that the 21-cm absorption line is unlikely to be the result of gas cooling via the scattering with a dominant component of the dark matter. An order 1% subcomponent of millicharged dark matter remains a viable explanation.

                Denne artikel tager rapporten alvorlig, men forfatterne finder, at gaskøling via spredning på en dominerende komponent af det mørke stof er usandsynlig på grund af andre eksperimenter. En underkomponent af det mørke stof er dog en mulighed.

                #316890

                Bjarne
                Moderator
                  • Super Nova

                  The EDGES 21 cm Anomaly and Properties of Dark Matter

                  The recently claimed anomaly in the measurement of the 21 cm hydrogen absorption signal by EDGES at z∼17, if cosmological, requires the existence of new physics. The possible attempts to resolve the anomaly rely on either (i) cooling the hydrogen gas via new dark matter-hydrogen interactions or (ii) modifying the soft photon background beyond the standard CMB one, as possibly suggested also by the ARCADE-2 excess. We argue that solutions belonging to the first class are generally in tension with cosmological dark matter probes once simple dark sector models are considered. Therefore, we propose soft photon emission by light dark matter as a natural solution to the 21 cm anomaly, studying a few realizations of this scenario. We find that the signal singles out a photophilic dark matter candidate characterised by an enhanced collective decay mechanism, such as axion mini-clusters.

                  Bemærk ordet “claimed”, som kaster tvivl over eksperimentets resultat. Løsningen er, at modificere fotonbaggrunden ved henfald af en let mørk partikel. En sådan løsning har en minimal betydning for CMD generelt. Forslaget har derfor ingen betydning for galaksernes rotationskurver. Løsningen minimerer anomaliens betydning.

                   

                  #316965

                  Bjarne
                  Moderator
                    • Super Nova

                    Hele problemstillingen med anomalier i naturvidenskaben har fået mig til at fortælle om hypoteser i naturvidenskaben, som forklaret i en bog af Henri Poincare fra 1902.

                    Henri Poincare udgav i 1902 bogen La Sciene et l’hypothese, som i 1905 blev oversat til engelsk som Science and Hypothesis. Den blev genoptrykt af Dover i 1952. Poincares filosofiske betragtninger over videnskab og hypoteser findes kort og klart fremstillet i introduktionen til bogen.

                    Naturvidenskaben er baseret på målinger og observationer, men det er en helt fejlagtig vildfarelse, at videnskabens landvindinger består af den samlede mænge målinger og observationer. Disse er i sig selv ganske uintersante. Det er relationerne mellem de målte størrelser, som har interesse. Der findes to metoder til udledelse af hypoteser, som kan forudsige lignende fremtidige målinger og observationer.

                    1. Induktionsmetoden: Nogle specielt udvalgte målinger generaliseres til en hypotese, som kan anvendes på beslægtede områder. En sådan hypotese kan på ingen måde betragtes som sand. Den skal hele tiden testes med nye data. En hypotese har faktisk største værdi, hvis nye data viser, at den er forkert. Et kendt eksempel var hypotesen om, at levende celler skabes spontant. Louis Pasteur viste ved et veludtænkt forsøg, at hypotesen var forkert. Dette ændrede biologien for altid.
                    2. Deduktionsmetoden: Denne hypotese er en matematisk konstruktion, hvor alle fysiske størrelser med sikkerhed er udledt ud fra nogle få principper eller definitioner. De definerende sætninger eller principper for en matematisk teori kan ikke testes enkeltvis. Hele den matematiske teori må betragtes som enten sand eller falsk. En matematisk teori er en konvention, som det fysiske samfund anvender til sammenligning med målinger og observationer. En matematisk teori er ikke en absolut konstruktion. Man kan til enhver tid udskifte den med en anden matematisk teori.

                    Man kan ikke forvente, at en altomfattende teori er i overensstemmelse med alle målinger og observationer. Afvigende målinger betegnes som anomalier. Hvis anomalierne fortsætter med at eksistere efter, at nye og mere nøjagtige målinger er udført, ophøjes de til problemer, som man skal forsøge at løse inden for teoriens rammer. Af berømte anomalier inden for den newtonske dynamiks beskrivelse af planeternes bevægelser, kan nævnes afvigelser i Uranus’ bane og Merkurs periheldrejning. Den første blev løst ved opdagelsen af Neptun, den anden ved indførelsen af en ny matematisk teori, nemlig Einsteins generelle relativitetsteori.

                    Men hvad gør man, hvis man ikke umiddelbart kan finde en forklaring på anomalien? Man kan altid indføre en til formålet udtænkt hjælpehypotese, men en sådan løsning betragtes som tvivlsom, hvis den alene indføres for at omgå en enkelt anomali. Metoden er mere acceptabel, hvis flere anomalier kan elimineres med samme hjælpehypotese.

                    Jeg vil nu anvende Poincares ideer på kosmologiske teorier efter 1917. Einsteins kosmologiske model var den første anvendelse af den generelle relativitetsteori på hele universet. Udgangspunktet var kravene om et homogent og statisk univers uden rand. Einsteins krav om et rum uden rand skyldes et ønske om at undgå randværdiproblemet, som også var et stort problem i den klassiske mekanik. Her opstår imidlertid den første anomali: Einsteins opringelige gravitationsteori tillader ikke en sådan løsning. Einstein indfører den berømte kosmologiske konstant Λ, som er en minimal modifikation af teorien, som ikke påvirker de lokale dynamiske love. Lemaitre og Eddington viser omkring 1927-1930, at Einsteins model er ustabil. Hubble finder omkring 1930, at der findes en lineær relation mellem galaksernes rødforskydning og deres afstand. Dette får Einstein og de Sitter til i fællesskab at begrave den kosmologiske konstant til fordel for et ekspanderende univers, som netop har den kritiske massetæthed, som får ekspansionen til at gå i stå, når tiden går mod uendelig. Dette er fysikernes foretrukne teori langt frem i tiden.

                    Jeg springer nu frem til tiden efter opdagelsen af den kosmiske mikrobølge-baggrundsstråling. Det er nu klart, at det varme Big-Bang univers er den korrekte model for det tidlige univers. En sådan model forudsiger, at man burde kunne måle anisotropier i baggrundsstrålingen, hvis sådanne små tæthedsvariationer skal kunne udvikle sig til nutidens galakser. Adskillige målinger med instrumenter over Jordens tætte atmosfære kunne imidlertid ikke måle de forudsagte anisotropier. Galaksernes flade rotationskurver antydede på samme tid, at der fandtes mørkt stof forskelligt fra baryonisk stof (atomkerner). Man har her kosmologiens anden anomali. Teoretiske fysikere postulerer hypotesen om eksistensen af Weakly Interacting Massive Particles = WIMPS, som dannes ved høje temperaturer i det tidlige univers. Disse partikler overlever annihilation, så de optræder som massive partikler med en lav temperatur. De betegnes derfor som Cold Dark Matte = CDM, og de vekselvirker svagt med andre partikler i lighed med neutrinoerne, men man har endnu ingen eksperimentel evidens for deres eksistens. CDM kan forklare anisotropien i den kosmiske baggrundsstråling, samt galaksernes storskalafordeling. CDM kan desuden forklare den meget varme røntgengas i galaksehobe. CDM kan også forklare strong lensing fra galaksehobe og enkelte massive galakser. CDM betragtes derfor af fysikere som en tilladelig hjælpehypotese til den generel relativistiske teori for Universet. Alternativet ville være at modificere den generelle relativitetsteori, uden at introducere endnu flere anomalier.

                    Tilbage er imidlertid den astronomiske anomali, som udgøres af den baryoniske Tully-Fisher relation, som viser en tæt sammenhæng mellem baryonisk masse og den maksimale rotationshastighed, helt uafhængig af bidraget til den totale masse fra mørkt stof. Tully-Fisher relationen forklares simplest med Milgroms MOND teori, men denne er ensbetydende med en forkastelse af konventionen om anvendelse af Einsteins gravitationsteori, så den er ikke populær, da der også “kun” er tale om astrofysiske målinger. Strategien har derfor været slet ikke at omtale relationen som en anomali, for slet ikke at tale om et problem. Man henviser i stedet til de fænomener, som kan forklares med CDM, f.eks. the Bullit Cluster.

                    Så har vi fået en ny anomali inden for den klassiske kosmologis kerneområde, nemlig den alt for stærke absorption fra 21cm-linien ved rødforskydningen z=17. Stacy McGaugh viser, at profilen passer perfekt med teorien for et rent baryonisk univers uden mørkt stof. Det bliver interessant at se, hvilke reaktioner der kommer fra tilhængerne af CDM-hypotesen. Jeg er personligt ikke begejstret for at gå væk fra generel relativitetsteori, men en anomali er en anomali. Den skal ikke gradbøjes efter, om den er astronomisk eller fysisk.

                     

                    #316995

                    Bjarne
                    Moderator
                      • Super Nova

                      What does the first highly-redshifted 21-cm detection tell us about early galaxies?

                      The Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature (EDGES) recently reported a strong 21-cm absorption signal relative to the cosmic microwave background at z ∼ 18. While its anomalous amplitude may indicate new physics, in this work we focus on the timing of the signal, as it alone provides an important constraint on galaxy formation models. Whereas rest-frame ultraviolet luminosity functions (UVLFs) over a broad range of redshifts are well fit by simple models in which galaxy star formation histories track the assembly of dark matter halos, we find that these same models, with reasonable assumptions about X-ray production in star-forming galaxies, cannot generate a narrow absorption trough at z ∼ 18. If verified, the EDGES signal therefore requires the fundamental inputs of galaxy formation models to evolve rapidly at z ≳ 10. Unless extremely faint sources residing in halos below the atomic cooling threshold are responsible for the EDGES signal, star formation in ∼ 108-1010 M halos must be more efficient than expected, implying that the faint-end of the UVLF at MUV ≲ -12 must steepen at the highest redshifts. This steepening provides a concrete test for future galaxy surveys with the James Webb Space Telescope and ongoing efforts in lensed fields, and is required regardless of whether the amplitude of the EDGES signal is due to new cooling channels or a strong radio background in the early Universe. However, the radio background solution requires that galaxies at z > 15 emit 1-2 GHz photons with an efficiency ∼ 103 times greater than local star-forming galaxies, posing a challenge for models of low-frequency photon production in the early Universe.

                      Rødforskudt 21cm absorption kan også fortælle en hel del om tidlig galaksedannelse.

                      #317103

                      Bjarne
                      Moderator
                        • Super Nova

                        The contributions of dark matter annihilation to the global 21cm spectrum observed by the EDGES experiment

                        The EDGES experiment has observed an absorption feature in the global 21 cm spectrum with a surprisingly large amplitude. These results can be explained by decreasing the kinetic temperature of baryons, which can be achieved through the scattering between the baryons and dark matter particles. It seems that the dark matter annihilation can not explain the observed large amplitude. The main reason is that the interactions between the particles produced by the dark matter annihilation and the particles which have been present in the universe will increase the baryonic temperature. Recently, C. Feng and G. Holder have found that increasing the temperature of cosmic radio background can produce the large amplitude in the global 21 cm spectrum. In this paper, we propose that the dark matter annihilation can also produce the large amplitude observed by EDGES experiment. The main point is that although the dark matter annihilation can increase the kinetic temperature of baryons, the electrons and positrons from the dark matter annihilation can produce the synchrotron radiation in the magnetic field of the universe. These radiation will contribute and enhance the temperature of the cosmic radio background. As a result, the global 21 cm spectrum with a large absorption amplitude can be produced by the dark matter annihilation.

                         

                        #317163

                        Bjarne
                        Moderator
                          • Super Nova

                          Possible interaction between baryons and dark-matter particles revealed by the first stars

                          The cosmic radio-frequency spectrum is expected to show a strong absorption signal corresponding to the 21-centimetre-wavelength transition of atomic hydrogen around redshift 20, which arises from Lyman-alpha radiation from some of the earliest stars. By observing this 21-centimetre signal – either its sky-averaged spectrum or maps of its fluctuations, obtained using radio interferometers – we can obtain information about cosmic dawn, the era when the first astrophysical sources of light were formed. The recent detection of the global 21-centimetre spectrum reveals a stronger absorption than the maximum predicted by existing models, at a confidence level of 3.8 standard deviations. Here we report that this absorption can be explained by the combination of radiation from the first stars and excess cooling of the cosmic gas induced by its interaction with dark matter. Our analysis indicates that the spatial fluctuations of the 21-centimetre signal at cosmic dawn could be an order of magnitude larger than previously expected and that the dark-matter particle is no heavier than several proton masses, well below the commonly predicted mass of weakly interacting massive particles. Our analysis also confirms that dark matter is highly non-relativistic and at least moderately cold, and primordial velocities predicted by models of warm dark matter are potentially detectable. These results indicate that 21-centimetre cosmology can be used as a dark-matter probe.

                          Nature artiklen Cosmic dawn as a dark matter detector er frigivet.

                          #317165

                          Bjarne
                          Moderator
                            • Super Nova

                            Interacting Dark Energy: Possible Explanation for 21-cm Absorption at Cosmic Dawn

                            A recent observation points to an excess in the expected 21-cm brightness temperature from cosmic dawn. In this paper, we present an alternative explanation of this phenomenon, an interaction in the dark sector. Interacting dark energy models have been extensively studied recently and there is a whole variety of such in the literature. Here we particularize to a specific model in order to make explicit the effect of an interaction.

                            #317198

                            Bjarne
                            Moderator
                              • Super Nova

                              Can Early Dark Energy Explain EDGES?

                              The Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature (EDGES) collaboration has reported the detection of an absorption feature in the sky-averaged spectrum at ≈ 78 MHz. This signal has been interpreted as the absorption of cosmic microwave background (CMB) photons at redshifts 15 ≲ z ≲ 20 by the 21cm hyperfine transition of neutral hydrogen, whose temperature is expected to be coupled to the gas temperature by the Wouthuysen-Field effect during this epoch. Because the gas is colder than the CMB, the 21cm signal is seen in absorption. However, the absorption depth is more than twice the maximal value expected in the standard cosmological model, at ≈ 3.8σ significance. Here, we propose an explanation for this depth based on “early dark energy” (EDE), a scenario in which an additional component with equation of state w=-1 contributes to the cosmological energy density at early times, before decaying rapidly at a critical redshift, zc. For 20 ≲ zc ≲ 1000, the accelerated expansion due to the EDE can produce an earlier decoupling of the gas temperature from the radiation temperature than that in the standard model, giving the gas additional time to cool adiabatically before the first luminous sources form. We show that the EDE scenario can successfully explain the large amplitude of the EDGES signal. However, such models are strongly ruled out by observations of the CMB temperature power spectrum. Moreover, the EDE models needed to explain the EDGES signal exacerbate the current tension in low- and high-redshift measurements of the Hubble constant. We conclude that non-finely-tuned modifications of the background cosmology are unlikely to explain the EDGES signal while remaining consistent with other cosmological observations.

                               

                              #317218

                              Bjarne
                              Moderator
                                • Super Nova

                                A limit on the warm dark matter particle mass from the redshifted 21 cm absorption line

                                The recent EDGES collaboration detection of the 21-cm absorption signal at a central frequency of ν = 78 ± 1 MHz points to the presence of a significant Lyman-α background by a redshift of z=18. The timing of this signal constrains the dark matter particle mass (mχ) in the warm dark matter (WDM) cosmological model. The small scale structure in the WDM model has a delayed formation time and therefore, requiring sufficiently strong Lyman-α background due to star formation at z=18, a stringent lower limit can be placed on mχ. Our results show that the coupling the spin temperature to the gas through Lyman-α pumping requires a minimum mass of mχ > 4 keV if atomic cooling halos dominate the star formation rate at z=18, and mχ > 3 keV if H2 cooling halos also form stars efficiently at this redshift. These lower limits match or exceed the most stringent limits cited to date in the literature, even in the face of the many uncertainties regarding star-formation at high redshift.

                                #317221

                                Bjarne
                                Moderator
                                  • Super Nova

                                  A fresh look into the interacting dark matter scenario

                                  The elastic scattering between dark matter particles and photons represents an attractive possibility to solve a number of discrepancies between observations and standard cold dark matter predictions, as the induced collisional damping would imply a suppression of small-scale structures. We consider this scenario and confront it with measurements of the ionization history of the Universe at several redshifts and with recent estimates of the counts of Milky Way satellite galaxies. We derive a a conservative upper bound on the dark matter-photon elastic scattering cross section of σγDM < 8 × 10-10 σT (mDM/GeV) at 95% CL, about one order of magnitude tighter than previous findings. Due to the strong degeneracies with astrophysical parameters, the bound on the dark matter-photon scattering cross section derived here is driven by the estimate of the number of Milky Way satellite galaxies. Finally, we also argue that future 21~cm probes could help in disentangling among possible non-cold dark matter candidates, such as interacting and warm dark matter scenarios.

                                   

                                  Elastisk predning amellem DM-partikler og fotoner kan forklare adskillige anomalier mellem observationer og CDM-forudsigelser.
                                   

                                Viser 15 indlæg - 16 til 30 (af 37 i alt)
                                • Emnet 'Signal from age of the first stars' er lukket for nye svar.