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自相互作用暗物质对超大质量黑洞的吸积

宇宙学与河外天体物理 2025-11-19 v1 星系天体物理

摘要

超大质量黑洞(SMBH)周围的暗物质(DM)尖峰可能导致有趣的物理效应,例如增强的DM湮灭信号或双星系统中的动力学摩擦,缩短并合时间,并可能解决"最后秒差距问题"。它们也是研究DM碰撞性的有前景场所,因为其速度弥散度高于DM晕,使我们能够探测不同的速度区间。我们旨在理解孤立DM尖峰在自相互作用暗物质(SIDM)中的演化,并计算BH吸积率作为单位DM质量自相互作用截面(σ/m_χ)的函数。我们首次进行了SMBH周围SIDM尖峰的N体模拟,并研究了从解析计算中已被证明稳定的剖面开始的孤立BH尖峰的演化。我们发现SIDM尖峰的解析剖面在我们模拟覆盖的数百年时间尺度上保持稳定。在长平均自由程(LMFP)区域,BH上的吸积率随截面线性增长,当我们转向短平均自由程(SMFP)区域时趋于平坦。两种情况下,我们的模拟均与基于SIDM热传导描述的解析预期一致。一个用于吸积率的简单模型使我们能够校准SIDM引力流体描述中的热传导。利用该描述,我们确定了最大允许吸积率,其发生在r_isco ρ(r_isco) σ/m_χ ∼ 1处,其中r_isco为最内稳定轨道半径。我们校准的DM吸积率可用于SMBH增长的统计分析,并纳入子网格模型以研究宇宙学模拟中的BH增长。

关键词

引用

@article{arxiv.2505.14779,
  title  = {Accretion of self-interacting dark matter onto supermassive black holes},
  author = {V. M. Sabarish and Marcus Brüggen and Kai Schmidt-Hoberg and Moritz S. Fischer},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2505.14779},
  year   = {2025}
}

备注

11 pages, 7 figures + appendices submitted to A&A