Нелинейные гравитационно-связанные структуры в ранней Вселенной

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Москва - 2016

01.04.02 - теоретическая физика

Введение 6
Глава 1. Сгустки темной матери (случай стандартных возмуще
ний плотности) 47
1.1. Сгустки минимальных масс 47
1.1.1. Кинетическое отщепление частиц темной материи 48
1.1.2. Диффузионное обрезание спектра возмущений 52
1.1.3. Свободный разлет 54
1.1.4. Сравнение с результатами других исследований 56
1.1.5. Минимальная масса Mminдля сверхтяжелых нейтралино 58
1.2. Формирование функции масс сгустков в процессах раннего иерар-хического скучивания с учетом приливных разрушений 60
1.2.1. Приливные процессы 62
1.2.2. Иерархическое скучивание с учетом разрушений 65
1.2.3. Сравнение с результатами численного моделирования . . 69
1.3. Разрушение сгустков в Галактике 70
1.3.1. Структура Галактики, орбиты сгустков и разрушение по
лем диска 72
1.3.2. Разрушение сгустков звездами 77
1.3.3. Доля избежавших разрушения сгустков 82
1.3.4. Трансформация функции распределения сгустков 86
1.3.5. Гравитационные удары от диска и роль отдельных звезд 88
1.4. Профиль плотности сгустков 89
1.4.1. Ограничения на радиус ядра из теоремы Лиувилля . 89
1.4.2. Влияние приливных сил на профиль плотности 92
1.5. Аннигиляция частиц в сгустках 95
1.5.1. Параметризация аннигиляционного сигнала 96
1.5.2. Усиление аннигиляционного сигнала 97
1.5.3. Усиление сигнала в скоплениях галактик 100
1.5.4. Анизотропия аннигиляции в гало 103
1.5.5. Можно ли объяснить данные PAMELA, ATIC и др. анни-гиляцией в сгустках? 107
Глава 2. Сверхплотные сгустки темной материи 111
2.1. Сферическая модель эволюции возмущений 111
2.1.1. Постановка задачи 111
2.1.2. Сферическая модель для адиабатических возмущений на
стадии радиационного доминирования 113
2.2. Несферическая модель 116
2.3. Сверхплотные сгустки - ограничения по первичным черным дырам123
2.4. О возможности регистрации сгустков гравитационно-волновыми
детекторами 124
2.5. Нейтралинные звезды и микролинзирование 125
2.6. Вторичная аккреция и “ультракомпактные минигало” 129
2.7. Аннигиляция темной материи в сверхплотных сгустках 133
2.7.1. Аннигиляционный критерий для радиуса ядра 133
2.7.2. Аннигиляция нейтралино в сверхплотных сгустках. . . . 134
2.7.3. Гравитермическая катастрофа в ядре для сверхтяжелых
частиц 135
2.7.4. Аннигиляция сверхмассивных частиц в сверхплотных сгустках 139
2.7.5. Ограничения на аннигиляцию частиц по реликтовому из
лучению и первичному нуклеосинтезу 142
2.8. Сгустки вокруг топологических дефектов 143
2.8.1. Формирование сгустков вокруг петель космических струн 144
2.8.2. Аннигиляция в сгустках вокруг петель космических струн 150
Глава 3. Темная материя и черные дыры 153
3.1. Квазистационарная аккреция на первичные черные дыры и кротовые норы 153
3.2. Темная материя вокруг первичных черных дыр, аннигиляция . . 158
3.2.1. Эволюция плотности вокруг первичных черных дыр до
кинетического отщепления 160 
3.2.2. Разлет частиц темной материи после кинетического отщепления 164
3.2.3. Аннигиляция темной материи вокруг первичных черных
дыр, наблюдательные ограничения 168
3.3. Индуцированные гало вокруг единичных первичных черных дыр 172
3.3.1. Структура гало вокруг первичных черных дыр 172
3.3.2. Корреляции σ — MBHмежду центральными черными дырами и балджами галактик 174
3.4. Скопления первичных черных дыр 176
3.4.1. Раннее образование квазаров 177
3.4.2. Раннее образование галактик 184
3.4.3. Всплески гравитационных волн от столкновений черных
дыр в скоплениях 189
3.5. Темная материя вокруг сверхмассивной черной дыры в центре
Галактики 195
3.5.1. Прецессия звезд 197
3.5.2. Аннигиляция темной материи 200
Глава 4. Нелинейные гравитационные структуры 205
4.1. “Гравитационные пузыри” и другие решения в конформной гравитации 205
4.1.1. Вывод уравнений Баха 206
4.1.2. Уравнения Баха в сферически-симметричном случае . . . 208
4.1.3. Общая структура вакуумных решений 210
4.1.4. Восстановление радиальной координаты 213
4.1.5. Решения с постоянной кривизной 215
4.1.6. Общая структура тензора энергии-импульса и векторное
уравнение 218
4.1.7. Решение вида решения Вайдья и электровакуумное реше
ние 220
4.2. Квантовые уровни электронов в заряженных черных дырах. . . 223
4.2.1. Уравнение Дирака в метрике Рейсснера-Нордстрема. . . 225
4.2.2. Не экстремальная черная дыра с |Q| < M 227 
4.2.3. Решение для экстремальной черной дыры 229
4.2.4. Атомарные ЧД как частицы темной материи 232
4.3. Задача Вайдья в диагональных координатах 236
4.3.1. Решение в координатах кривизн (t,r) 238
4.3.2. Световые лучи в диагональной метрике, время движения
фотонов 242
4.3.3. Геометрический смысл поверхностей y = y1 и y = y2. . . 244
4.3.4. Аккреция с α ≥ 1/8 248
4.3.5. Природа f0 → ∞ при y → 0 248
4.3.6. Координаты (η,y) 250
4.3.7. Построение глобальной геометрии 252
Заключение 261
Список сокращений и условных обозначений 265
Литература 266