一种启发式波动方程:以量子核与等温大气参数化 BEC 暗物质晕
广义相对论与量子宇宙学
2022-08-02 v1 宇宙学与河外天体物理
摘要
支配自引力玻色-爱因斯坦凝聚体(可能代表暗物质晕)演化的 Gross-Pitaevskii-Poisson 方程经历引力冷却与剧烈弛豫过程。我们本着 Lynden-Bell 无碰撞恒星系统剧烈弛豫理论的精神,提出对这一复杂过程的启发式参数化。我们推导出一个广义波动方程(该方程在 [P.H. Chavanis, Eur. Phys. J. Plus {\bf 132}, 248 (2017)] 中曾被唯象引入),其包含与有效温度 相关的对数非线性项以及与摩擦 相关的阻尼项。这些项可由最大熵产生原理得到,并通过表达涨落-耗散定理的某种爱因斯坦关系相联系。该波动方程满足 Lynden-Bell 熵的 定理,并弛豫至在固定质量与能量下熵最大的稳定平衡态。该平衡态代表玻色-爱因斯坦凝聚态暗物质晕的最概然态。它通常具有核-晕结构。量子核阻止引力坍缩,并可能解决核-尖问题。等温晕导致与观测一致的平坦转动曲线。这些结果与暗物质晕的现象学一致。此外,如先前论文 [P.H. Chavanis, Phys. Rev. D {\bf 100}, 123506 (2019)] 所示,在固定总质量与总能量下对核质量最大化熵可确定核质量–晕质量关系,其与直接数值模拟中得到的关系相符。我们强调使用微正则描述而非正则描述的重要性。我们还解释了我们的形式体系如何应用于费米子暗物质晕的情形。
引用
@article{arxiv.2104.09244,
title = {A heuristic wave equation parameterizing BEC dark matter halos with a quantum core and an isothermal atmosphere},
author = {Pierre-Henri Chavanis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.09244},
year = {2022}
}