ETHOS——结构形成有效理论：暗物质物理作为小尺度冷暗物质问题的可能解释

我们展示了在结构形成有效理论 (ETHOS) 内的首次模拟，该理论包含了暗物质与暗辐射之间的相互作用对线性初始功率谱的影响，以及非线性结构形成过程中的暗物质自相互作用。我们在四种不同的暗物质模型和冷暗物质情形下模拟了一个类银河系晕。我们的最高分辨率模拟具有 $2.8\times 10^4\,{\rm M}_\odot$ 的粒子质量和 $72.4\,{\rm pc}$ 的软化长度。我们证明所有替代模型对大尺度结构形成只有可忽略的影响。然而，在星系尺度上，由于功率谱中小尺度原初阻尼和晚期自相互作用的共同效应，这些模型显著影响了子晕的结构和丰度。我们推导了从功率谱中的原初阻尼尺度到晕质量函数中的截断尺度和动力学脱耦温度的解析映射。我们证明了在这一扩展有效框架内的某些模型能够同时缓解 too-big-to-fail 和 missing satellite 问题，并可能缓解 core-cusp 问题。我们模型的原初功率谱截断自然地产生了圆速度轮廓的多样性，其大于冷暗物质模拟中所发现的多样性。我们表明，通过对比模型预测与天体物理观测，可以约束模型的参数空间。例如，如果包含重子过程，某些模型可能会受到 missing satellite 问题的挑战，甚至过度解决 too-big-to-fail 问题；从而排除它们。