利用旋涡星系自转曲线比较两种标量场模型

从质量为 $\sim10^{-5}$eV 的轴子到质量为 $\sim10^{-22}$eV 的超轻标量场，标量场已被用作宇宙中暗物质的候选者。轴子的行为类似于冷暗物质，而超轻标量场星系则是玻色-爱因斯坦凝聚液滴。超轻标量场也被称为标量场暗物质模型。在本工作中，我们使用两种标量场模型研究低表面亮度旋涡星系的自转曲线：Thomas-Fermi 近似下的 Gross-Pitaevskii 玻色-爱因斯坦凝聚，以及 Klein-Gordon 方程的标量场解。我们还使用了不考虑光度数据的零盘近似星系模型，仅考虑标量场暗物质模型对自转曲线的贡献。根据我们所用星系目录的最佳拟合分析，我们发现了拟合参数的取值范围：长度尺度和中心密度。拟合结果最差的是 Thomas-Fermi 模型（平均而言，$\chi^2_{red}$ 值远大于 1），即标量场暗物质在拟合所分析星系的自转曲线方面优于 Thomas-Fermi 近似模型。为了完善我们的分析，我们根据拟合参数计算了标量场模型的质量以及两个感兴趣的天体物理量：300 pc 以内的动力学暗物质质量和暗物质模型的特征中心表面密度。我们发现，300 pc 以内的中心质量值与先前报告的结果一致，该质量为 $\approx 10^{7}$ $M_\odot/$pc$^2$，与暗物质模型无关。相反，特征中心表面密度的值确实取决于暗物质模型。