超轻暗物质太阳晕的普适形成机制

尚未被发现的轻玻色子可能构成我们宇宙全部或部分的暗物质（DM），并预期具有（弱）自相互作用。我们表明，四次自相互作用通常会诱导周围晕中的暗物质被恒星（包括太阳）等外部引力势俘获。这导致随后形成由此外部势支撑的暗物质束缚态，类似于引力原子（例如环绕太阳本身的太阳晕）。其增长由入射DM波的德布罗意波长$\lambda_{\rm dB}$与基态半径$R_\star$之比$\xi_{\rm foc} \equiv \lambda_{\rm dB}/R_\star$支配。对于$\xi_{\rm foc}\lesssim 1$，引力原子增长至（欠密度）稳态，平衡粒子俘获与逆（剥离）过程。对于$\xi_{\rm foc}\gtrsim 1$，显著的引力聚焦效应导致银河系DM晕中的质量指数式积累进引力原子。例如，质量约为$10^{-14}$ eV、衰变常数介于$10^{7}$与$10^8$ GeV之间的暗物质轴子，将在与太阳系寿命相仿的时间尺度上于太阳周围形成致密晕，使地球位置处的局域DM密度达标准晕模型预期值的$\mathcal{O}(10^4)$倍。对于吸引性自相互作用，引力原子形成后于高密度下失稳，导致其坍缩；此过程很可能伴随相对论性玻色子发射（即“Bosenova”）。