模糊暗物质星系晕的深度放大模拟

由超轻玻色子粒子组成的模糊暗物质 (FDM) 是冷暗物质 (CDM) 的一种可行替代方案，在坍缩结构中具有明显可区分的小尺度特征。在大尺度上，其引力行为类似于 CDM，仅在初始功率谱中存在截断偏差，可以使用 N-body 方法进行研究。相比之下，在 de Broglie 尺度附近的波动干涉效应导致了 FDM 独有的新现象。丝状结构和晕中的干涉模式产生了随机振荡的颗粒结构，该结构在晕形成过程中凝聚成孤子核。研究这些高度非线性的波动现象需要对 Schrödinger 方程进行空间分辨数值积分。在先前的论文中，我们引入了一种混合放大方案，该方案结合了 N-body 方法来模拟预选晕周围的大尺度引力势和向其上的质量吸积，以及对 Schrödinger-Poisson 方程的模拟来捕捉这些晕内的类波效应。在这项工作中，我们提出了一种新的、大幅改进的先前坍缩结构内波函数重建方法。我们通过对一个经过充分研究的宇宙学初始条件下的亚 $L_\ast$ 大小星系晕进行深度放大模拟，展示了其能力。在一个 ($60$h${^{-1}}$ comoving Mpc)${}^{3}$ 的宇宙学盒子中，粒子质量为 $m = 2.5\times 10^{-22}\,$eV，晕质量为 $M_{\text{vir}}=1.7\times 10^{11}\,M_{\odot}$，其达到了 20 comoving pc 的有效分辨率。这将模拟可触及的 $m$ 和 $M$ 值显著推向了更接近在允许的 FDM 质量范围内研究星系演化所需的相关值。