一个吸引人的模型：模拟具有吸引自相互作用的模糊暗物质

由超轻（$m \sim 10^{-22}~\rm{eV}$）玻色子粒子组成的模糊暗物质（FDM）作为冷暗物质（CDM）的可行替代方案受到了广泛关注，因为它在大尺度（$\gtrsim 1$ Mpc）上近似于 CDM，同时可能通过千秒差距尺度的量子干涉解决 CDM 的一些小尺度问题。然而，最基本且只有一个自由参数（玻色子质量）的 FDM 模型面临着一个矛盾：小的玻色子质量能产生所需的矮星系核心，但会低估 Lyman-$\alpha$ 森林中的结构；而大的玻色子质量会使 FDM 实际上等同于 CDM。这个 Catch-22 问题可以通过考虑具有吸引性粒子自相互作用的类轴子粒子来缓解。我们模拟了一个理想化的 FDM 晕，其自相互作用由能量衰变常数 $f \sim 10^{15}~\rm{GeV}$ 参数化，该常数与猜想用于解决粒子物理学中强 CP 问题的轴子对称性破缺有关。我们观察到 FDM 标志的孤子凝聚在更宽的晕包络内，并发现密度分布和孤子质量依赖于自相互作用强度。我们提出了广义公式，将以往工作的公式扩展以包含自相互作用。我们还研究了强相互作用下预测的一个临界质量阈值，在该阈值处孤子坍缩成紧凑的、未分辨的状态。我们发现坍缩发生得很快，且其影响最初局限于晕的中心区域。