具有排斥自相互作用的标量场暗物质中的宇宙结构形成：不可思议的收缩金斯质量

由超轻($\gtrsim 10^{-22}$ eV)玻色子构成的标量场暗物质(SFDM)是标准无碰撞冷暗物质(CDM)的替代方案，其在大尺度上类似 CDM，但抑制小尺度结构形成。作为玻色-爱因斯坦凝聚体，其自由场（“模糊”）极限(FDM)在德布罗意波长 $\lambda_\text{deB}$ 以下抑制结构，形成中心核半径 $\sim\lambda_\text{deB}$、外围为 CDM 状包层的位力化暗晕，以及小尺度急剧截断的暗晕质量函数(HMF)。当排斥自相互作用(SI)足够强且 $R_\text{TF} > \lambda_\text{deB}$ 时，结构改在托马斯-费米(TF)半径 $R_\text{TF}$（SI 压力支撑的 $n=1$ 多方球尺寸）以下被抑制。此前我们开发了描述 $\lambda_\text{deB}$ 以上 SFDM 动力学的工具，并表明由非宇宙学初始条件经金斯不稳定坍缩形成的 SFDM-TF 暗晕具有 $R_\text{TF}$ 尺寸的核及 CDM 状包层。重新审视宇宙学背景下的 SFDM-TF，我们模拟了由宇宙学流入与坍缩形成的暗晕，由线性扰动理论导出其转移函数以生成宇宙学初始条件并预测如 HMF 等结构形成的统计度量。由于 FDM 与 SFDM-TF 转移函数均具小尺度截断，我们可将其对齐，使 FDM 的观测约束代理 SFDM-TF：发现粒子质量 $1 \lesssim m/(10^{-22} \text{ eV}/c^2) \lesssim 30$ 的 FDM 对应 $10 \gtrsim R_\text{TF}/(1 \text{ pc}) \gtrsim 1$ 的 SFDM-TF，偏好亚星系（亚 kpc）核尺寸。然而 SFDM-TF 的 HMF 逐渐截断，留下更多小质量暗晕：其金斯质量收缩极快，早期被滤除的尺度仍可恢复并增长！