用银河系矮椭球星系约束速度依赖的自相互作用暗物质

观测到的明亮银河系（MW）矮椭球星系（dSphs）中心暗物质（DM）密度与其轨道近心点距离之间的反相关，构成了自相互作用暗物质（SIDM）的一个潜在特征。在这项工作中，我们通过分析能够解释此种反相关的 SIDM 单位质量散射截面 $\sigma/m_{\chi}$ 的范围来研究这一可能性。我们模拟 dSphs 子晕绕银河系的轨道演化，假设引力势的解析形式，采用来自 Gaia 任务的自运动并包含引力潮汐剥离的一致表征。子晕密度分布的演化使用引力热流体形式建模，其中 DM 粒子碰撞引起的热传导依赖于 $\sigma/m_{\chi}$。我们发现，诸如 Carina 与 Fornax 的 dSphs 模型以固定的 $\sigma/m_{\chi}$ 在 $30$ 至 $50$ cm$^{2}$g$^{-1}$ 之间重现观测到的中心 DM 密度，而其他 dSphs 偏好介于 $70$ 与 $100$ cm$^{2}$g$^{-1}$ 之间的更大值。这些截面与每个子晕核心内 DM 粒子的平均碰撞速度相关，因此以大模型截面建模的体系具有更低的碰撞速度。我们用一个 SIDM 粒子模型拟合截面-速度相关性，其中质量为 $m_{\chi}=0.648\pm 0.154$ GeV 的 DM 粒子在质量为 $m_{\phi}=0.636\pm 0.055$ MeV 的轻媒介子交换下相互作用，自相互作用由 Yukawa 势描述。结果是一个截面-速度关系，它解释了 MW dSph 卫星多样的 DM 轮廓，并与更大尺度上的观测约束一致。