Fuzzy 暗物质模拟中的星系盘热浴由密度砾石引起

Fuzzy 暗物质(FDM)是一种由超轻玻色子(即亚原子)组成的吸引性暗物质候选者，粒子质量为 $m_a\sim10^{-22}$ eV，由冷暗物质的尺度问题所激发，并具有 kpc 级德布罗lie波长。FDM 星系暗核内部的量子波干涉导致随机波动的密度砰石；所致的引力扰动可能驱动显著的盘浅化，从而为星系浅层盘提供了自然解释。本文首次对 FDM 暗核和恒星盘进行自洽模拟，探索 $m_a=0.2-1.2\times10^{-22}$ eV 及暗核质量 $M_\text{h} = 0.7-2.8\times10^{11}$ M$_\odot$。在所有模拟系统中均观察到盘浅化。盘加热速率随时间约为常数，且随 $m_a$ 减小而显著增大，对于 $m_a=1.2$ ($0.2$) $\times10^{-22}$ eV 及 $M_\text{h} =7\times10^{10}$ M$_\odot$，分别达到 $dh/dt \simeq 0.04$ ($0.4$) kpc Gyr$^{-1}$ 和 $d\sigma_z^2/dt \simeq4$ ($150$) km$^2$s$^{-2}$Gyr$^{-1}$，其中 $h$ 为盘尺度高度，$\sigma_z$ 为垂直速度分散。这些模拟得到的加热速率在误差范围内与 Chiang 等人理论估计相符，确认了 Church 等人粗略估计的砰石驱动的盘加热速率高出约两个数量级。然而，模拟推断的加热速率随 $m_a$ 的变化比例小于理论预测的 $d\sigma^2_z/dt \propto m_a^{-3}$ 关系。最后，我们检讨了 FDM 砰石建模中 Fokker-Planck 近似的适用性以及基于银河盘动力学所导出的 $m_a$ 排除界限的稳健性。