Materia oscura escalar compleja (parte I): la versión hidrodinámica

M.A. Rodríguez-Meza^a, A. Hernández-Almada^b y T. Matos^b

^a Departamento de Física, Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Apartado Postal 18-1027, México D.F. 11801, México, e-mail: marioalberto.rodriguez@inin.gob.mx

^b Departamento de Física, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Apartado Postal 14-740, 07000 México City, México.

Resumen

En este trabajo utilizamos las ecuaciones hidrodinámicas de Euler para modelar halos de materia oscura escalar compleja en el Universo, las cuales adquieren la forma de un sistema Schrodinger-Poisson en el límite Newtoniano. Mediante la transformación de Madelung, dicho sistema adopta la forma de la dinámica de un fluido, en donde interviene un potencial de auto-interacción y un potencial tipo cuántico que depende no linealmente de la densidad del fluido. En este marco teórico se hace un análisis de inestabilidad de Jeans, el cual sirve para determinar el tamaño mínimo para que el sistema sea estable, es decir, para que perturbaciones del campo escalar formen estructuras.

Descriptores: Campos escalares; materia oscura; modelo de fluido; inestabilidad de Jeans.

Abstract

In this work we use the Euler hydrodynamic equations of fluids to study a model of galactic halos minimally coupled to a complex scalar field, which in the Newtonian limit they become the Schrodinger-Poisson system. Applying a Madelung transformation, this system of equations takes the form of hydrodynamics equations, where there are a self-interacting potential and a kind of quantum potential that depends non-linearly on the density of the fluid. In this theoretical framework we analyze the Jeans' instability, which is useful for finding the scale length of perturbations of the scalar field that will form structures. In other words, perturbations of the scalar field with lengths less than this threshold length, can not lead to the formation of galactic structures.

Keywords: Scalar fields; dark matter; fluid model; Jeans' instability.

PACS: 95.35.+d; 95.30.Lz; 95.30.Sf; 8.62.Gq; 98.80.Jk; 04.25.Nx

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