孤立暗物质晕密度轮廓的简单模型

我们探讨了宇宙学模拟中发现的椭圆星系和冷暗物质（CDM）晕的密度轮廓能否用同一物理过程——无碰撞引力坍缩——来理解。为此，我们研究了一个简化模型：完美冷 Plummer 球的坍缩。首先，我们考察了该模型的一个 N体模拟，其中粒子被限制在纯径向轨道上。这导致了一个最终状态，其特征是在小半径处轮廓略陡于 $\rho \propto r^{-2}$，在大半径处行为如 $\rho \propto r^{-4}$，这可以通过简单的解析论证来理解。接下来，我们在不限制径向轨道的条件下重复了模拟。这导致内部密度轮廓变浅，类似于在椭圆星系和CDM晕中发现的情况。我们将这一变化归因于径向轨道不稳定性（ROI），并提出了一种由坍缩物理图像启发的分布函数（DF）形式。作为模型与CDM晕之间联系的证据，我们发现坍缩模拟的最终状态具有大致按 $\rho/\sigma^3 \propto r^{-1.875}$ 标度的伪相空间密度，与宇宙学模拟中CDM晕观测到的情况一致（Navarro et al. 2010）。速度各向异性轮廓在定性上也与这些晕中心附近发现的情况相似。我们认为，在大半径处的差异（CDM晕标度为 $\rho \propto r^{-3}$）是由于宇宙学背景或持续物质下落的存在。这使我们预测，外层CDM晕密度轮廓并非“普适”的，而是取决于宇宙学环境（无论是欠密度空洞还是超密度区域）。