作为暗物质候选者的标量团块的非相对论形成

我们提出了一种在辐射时代形成暗物质团块的新机制。我们假设一个轻标量场与物质退耦，并围绕其真空期望值进行简谐振荡。我们考虑了自相互作用并研究了非相对论区域。标量动力学由流体方法描述，其中流体压力同时取决于量子效应和自相互作用效应。当标量流体的声速平方变为负值时，会出现不稳定性，标量能量密度场的涨落开始增长。它们最终变为非线性并形成团块。随后，这些团块聚集并达到一个普适区域。之后，它们扮演冷暗物质的角色。我们首先将此机制应用于一个由六阶正自相互作用稳定的负四次项模型，然后应用于公弦单值性（axion monodromy）模型，其中一个次主导的余弦势修正了质量项。在第一种情况下，当四次项占主导时，声速平方变为负值，导致快子不稳定性。对于公弦单值性，不稳定性在声速平方首次变为负值后开始得非常缓慢，随后围绕零振荡。最初，密度扰动由于量子压力进行声学振荡。最终，由于参数共振，它们开始指数增长。在这两种情景中，标量场团块跨越了广泛的尺度和质量范围，从原子大小到星系分子云大小，从 $10^{-3} \, {\rm gram}$ 到数千个太阳质量。由于来自光源和透镜的有限尺寸效应，这些暗物质团块远超微透镜观测的探测范围。