轴子暗物质、孤子与尖点-核心问题

自引力玻色场可以支撑稳定且局域的场构型。对于实场，这些解随时间振荡并被称为振荡子（oscillatons）。密度分布是静态的，并且是孤子（soliton）。此类孤子在轴子暗物质模型中应该无处不在，其孤子特征质量和大小依赖于轴子质量的某个反幂次。使用薛定谔-泊松（Schr\"{o}dinger-Poisson）系统对非相对论轴子的稳定构型进行了数值研究。该方法以及由此产生的孤子密度分布被回顾。利用标度对称性和不确定性原理，孤子的核心尺寸可以以一种普适方式与中心密度和轴子质量 $m_a$ 相关联。由于压力支撑，孤子具有恒定的中心密度，这与冷暗物质（CDM）的尖点分布不同。这一事实的一个结果是，由超轻轴子（ULAs）组成的孤子可能解决 CDM 的“尖点-核心（cusp-core）”问题。在暗物质晕中，热力学将导致在大半径处呈现类似 CDM 的 Navarro-Frenk-White 分布，而在小半径处有一个中心孤子核。使用蒙特卡洛技术探索此种形式的可能密度分布，并对矮椭球星系的恒星运动学数据进行了拟合。为了使 ULAs 解决尖点-核心问题（不借助重子反馈或其他天体物理效应），轴子质量必须满足 $m_a<1.1\times 10^{-22}\text{ eV}$（95\% 置信水平）。另一方面，具有 $m_a\lesssim 1\times 10^{-22}\text{ eV}$ 的 ULAs 与宇宙结构形成存在某种紧张关系。因此，尖点-核心问题的轴子解对未来再电离时期的测量做出了新颖预测。另一方面，这可被视为结构形成可能很快对轴子/标量场暗物质施加一个 \emph{Catch 22} 的证据，类似于温暗物质的情况。