宇宙学模拟中的暗物质湮灭反馈 II：对气体与晕结构的影响

我们展示了新的宇宙学流体动力学模拟，其中纳入了暗物质湮灭反馈（DMAF），即通过光子或正负电子对等衰变通道湮灭的暗物质粒子所释放的能量为局域重子物质提供了额外的加热源。对于与 WIMP 类粒子相当的湮灭率，我们发现 DMAF 的关键影响是抑制气体向晕的吸积。在晕生命周期早期这种减弱的气体吸积导致较小晕中气体比例降低，以及较大结构晕形成时间延迟，表明 DMAF 可能影响星系中的恒星年龄分布以及矮星系的形态。对于暗物质粒子质量 $m_chi\sim10$~MeV，在 $z=0$ 处存在一个约 $\sim10^{13}$ M$_{\odot}$ 的“临界晕质量”，低于该质量时与 $\Lambda$CDM 相比存在巨大差异，例如在质量 $\sim10^{12}$ M$_{\odot}$ 的晕内晕结构丰度减少多达 25%、气体含量减少 50%、中心气体密度降低至 10%，且在更小晕中效应增强。更高暗物质粒子质量的模型具有更小的“临界晕质量”。对于 $m_chi\sim100$~MeV 模型，我们发现差异在晕质量低于 $\sim10^{12}$ M$_\odot$ 时开始出现；而对于 $m_chi\gtrsim 1$~GeV 模型，该质量尺度低于我们模拟的分辨率，尽管我们仍观察到矮星系形态的变化。