动力学与势能自相互作用对标量暗物质的影响

我们考虑具有一般相互作用势和 K-essence 型非正则动能项的标量暗物质模型,其中非正则动能项相对于正则项为主导项之外的次要项。我们分析了低能区,并在非相对论极限下推导了有效的运动方程。在流体近似下,它们化简为物质的守恒以及速度场的欧拉方程。我们聚焦于标量场质量 $10^{-21} \ll m \lesssim 10^{-4} \, {\rm eV}$ 远大于模糊暗物质的情况,使得量子压强在宇宙学和星系尺度上可忽略,而自相互作用势与非正则动能项产生显著的排斥压强。在宇宙学扰动层面,这给出了依赖于暗物质密度的声速。在非线性层面,由引力与标量相互作用平衡所得到的流体静力平衡意味着维里化结构具有有限尺寸的孤子核,其大小取决于暗物质流体的声速。对于 $\lambda_4 \phi^4/4$ 中最相关的势或具有 $(\partial \phi)^4$ 相互作用的 K-essence,此类稳定核的大小不能超过 60 kpc。密度反差大于 $10^6$ 的结构可由声速 $c_s\lesssim 10^{-6}$ 容纳。我们还考虑了余弦自相互作用的情况,作为有界非多项式自相互作用的示例。这在低质量与低密度晕中给出类似结果,而质量较大的晕中则显示不存在孤子核。