Formación y evolución de estructuras en el modelo de materia oscura difusa

Abstract

In this work, dark matter is studied using the Fuzzy Dark Matter (FDM) model. Numerical simulations are presented to describe the formation and evolution of self-gravitating structures under this model. First, configurations based on pure FDM are analyzed, focusing on the study of the earliest structures formed in the universe and the galactic structures that emerge from them. Subsequently, the analysis is extended to include the contribution of visible matter, which significantly influences the dynamics of galactic halos. Processes such as gas cooling, star formation, and feedback are incorporated into the simulations to evaluate their impact on the density distribution and structural stability. The simulations were carried out using a new code designed to efficiently couple the Schrödinger- Poisson (SP) equations describing dark matter with the hydrodynamic equations governing visible matter. This approach enables a more precise and detailed modeling of structure formation processes at local scales in the universe. The results of this study provide a deeper understanding of the interaction between dark and baryonic matter, as well as their influence on the evolution of galaxies and galactic clusters.

En este trabajo se estudia la materia oscura utilizando el modelo de Materia Oscura Difusa (FDM, por sus siglas en inglés). Se presentan simulaciones numéricas que describen la formación y evolución de estructuras autogravitantes bajo este modelo. En primer lugar, se analizan configuraciones basadas en FDM pura, enfocadas en el estudio de las primeras estructuras formadas en el universo y en las estructuras galácticas que emergen a partir de ellas. Posteriormente, se extiende el análisis para incluir la contribución de la materia visible, la cual influye significativamente en la dinámica de los halos galácticos. Procesos como el enfriamiento de gas, la formación estelar y la retroalimentación se incorporan en las simulaciones para evaluar su impacto en la distribución de densidad y estabilidad de las estructuras. Las simulaciones se desarrollaron utilizando un nuevo código diseñado para acoplar de manera eficiente las ecuaciones de Schrödinger-Poisson (SP) que describen la materia oscura con las ecuaciones hidrodinámicas que rigen la materia visible. Este enfoque permite una modelación más precisa y detallada de los procesos de formación de estructuras a escala local en el universo. Los resultados de este estudio proporcionan una mayor comprensión sobre la interacción entre materia oscura y bariónica, así como sobre su influencia en la evolución de galaxias y cúmulos galácticos.