暗物质能否是玻色-爱因斯坦凝聚体?

我们考虑这样一种可能性:为解释远离星系中心的中性氢云的动力学所必需的暗物质,可能以玻色-爱因斯坦凝聚体的形式存在。为了研究该凝聚体,我们采用非相对论性 Gross-Pitaevskii 方程。通过引入波函数的 Madelung 表示,我们将系统的动力学表述为连续性方程和流体力学 Euler 方程的形式。因此,暗物质可被描述为一类非相对论性、牛顿引力下的玻色-爱因斯坦引力凝聚气体,其密度与压强满足一条多方物态方程。对于具有四次非线性的凝聚体,其物态方程为多方指数 $n=1$ 的多方过程。为检验模型的有效性,我们将该模型的牛顿切向速度方程分别与一组低面亮度星系和矮星系的旋转曲线样本进行拟合。结果发现,对于低面亮度星系,理论旋转曲线与观测数据吻合得非常好。我们还分析了光子穿过暗物质晕时的偏折,并计算了光的偏折角。由玻色-爱因斯坦凝聚体得到的偏折角大于标准广义相对论及暗物质模型所预言的值。因此,对星系的光线偏折及引力透镜的研究,有望在玻色-爱因斯坦凝聚暗物质模型与其他暗物质模型之间作出区分。