含重子的自相互作用暗物质晕的半解析研究

我们将等温 Jeans 模型与绝热晕收缩模型结合，构成一个简单的半解析流程，用于计算在居驻星系引力影响下的自相互作用暗物质（SIDM）晕的密度轮廓。我们表明，该模型在整个核形成阶段直至引力热核坍缩开始之前都与宇宙学 SIDM 模拟吻合良好。利用此模型，我们显示 SIDM 中晕对重子的响应比 CDM 中更为多样，并且敏感依赖于星系尺度，这是亮矮星系结构多样性背景下一种理想的联系。该方法的快速性有助于那些对数值模拟而言颇具挑战的分析—— notably，1）我们在由重子-总质量比 $M_{\rm b}/M_{\rm vir}$ 与星系紧致度 $r_{1/2}/R_{\rm vir}$ 所张成的精细网格上，将 SIDM 晕响应量化为重子性质的函数；2）我们以高统计精度显示，对于典型的类银河系系统，SIDM 轮廓与其 CDM 对应物相似；以及 3）我们在 $M_{\rm b}/M_{\rm vir}$-$r_{1/2}/R_{\rm vir}$ 空间中，针对给定截面与给定晕浓度，描绘了引力热核坍缩的区域。最后，我们将等温 Jeans 模型与更复杂的引力热流体模型比较，显示前者产生更快的核形成且与宇宙学模拟更吻合。我们将差异归因于目标 CDM 晕是作为引力热演化的边界条件还是初始条件，从而对流体模型未来的可能改进作出评论。我们已将模型程序公开于 https://github.com/JiangFangzhou/SIDM。