利用星系中心质量观测极限约束超轻标量场暗物质的质与自耦合

众所周知，超轻暗物质(ULDM)通常是质量 $m \sim 10^{-22}~{\rm eV}$ 的标量场，可解决冷暗物质(CDM)范式中一些悬而未决的问题。此类标量场可能具有不可忽略的自耦合 $\lambda$。本工作中，利用已知的星系中心集中暗物质量的观测上限，我们得到了 $\lambda - m$(自耦合–质量)参数空间中的观测约束。研究发现，ULDM 质量 $m$ 的观测极限取决于自相互作用的符号与强度。我们证明，对于 $m \sim 10^{-22}~{\rm eV}$，利用 M87 星系中心 10 pc 内暗物质质量的极限，可探测 ${\cal O}(10^{-96})$ 的自耦合值(对应散射长度 $a_s \sim 10^{-82}~{\rm m}$)。我们的分析表明，若超轻轴子(ULAs)构成全部暗物质，其质量须小于 $\sim 6 \times 10^{-23}$ eV。