质量差异-加速度关系由暗物质-重子相互作用涌现

观测到的质量差异-加速度关系（MDAR）的紧密性对当前星系形成模型提出了精细调节挑战。我们提出，该关系可能源于重子与暗物质（DM）粒子之间的碰撞相互作用，而无需修改引力或引入特设的反馈过程。我们假设这些相互作用满足以下三个条件：（i）DM粒子的弛豫时间与盘星系中的动力学时间相当；（ii）DM通过弹性碰撞与重子交换能量；（iii）重子-DM截面与一次碰撞中交换的典型能量的乘积与DM数密度成反比。我们给出一个粒子物理模型的例子，其给出的DM-重子截面具有所需的密度和速度依赖性。直接探测约束要求我们的DM粒子要么非常轻（$m << m_b$），要么非常重（$m >> m_b$），分别对应重子对DM的加热和冷却。在这两种情况下，我们的机制都适用，并且原则上可以达到平衡构型。在此，我们关注重DM/冷却情形，因为其在技术上更简单。在这些假设下，我们发现旋转支撑的盘星系可以自然 settling 到满足各半径处MDAR的平衡构型，而无需诉诸精细调节的反馈过程。我们还讨论了与重子小尺度团块化相关的问题，以及对压力支撑系统的预言。我们特别指出，星系团虽由DM主导却不遵循MDAR，因为它们尚未达到平衡构型。最后，鉴于截面的异常密度依赖性，我们重新审视了现有的关于重子-DM相互作用的现象学、天体物理和宇宙学约束。