基于星系动力学约束超轻玻色子暗物质质量

我们考虑星系暗物质由超轻标量粒子组成的假设，并利用矮椭球星系的内部性质来确定这些玻色子粒子质量 $m$ 的优选范围。我们重新研究了小熊座（Ursa Minor）中冷团块的长期稳定性问题，以及天炉座（Fornax）矮椭圆星系中球状星团的快速轨道衰减问题。将标量场晕视为刚性背景引力势，并利用 N 体模拟，我们探索了小熊座中冷团块的瓦解时标如何依赖于 $m$。结果表明，在 $0.3\times10^{-22}\,\text{eV} < m < 1\times10^{-22}\,\text{eV}$ 的质量范围内，无自相互作用的标量场暗物质晕将具有足够大的核心，既能解释小熊座冷团块的长期稳定性，也能解释天炉座球状星团的广泛分布，同时又足够小，使得暗物质晕质量与动力学限制相容。令人鼓舞的是，这一 $m$ 的取值区间与抑制星系晕中子结构过度产生所需的数值一致，并且与宇宙微波背景辐射的声学峰相容。另一方面，对于耦合常数为 $l$ 的自相互作用标量场，需要满足 $m^4/l \leq 0.55\times10^3\,\text{eV}^4$ 才能解释这些矮椭球星系暗物质晕的性质。