自相互作用暗物质宇宙学中大质量星系的性质与观测量

我们利用流体动力学宇宙学模拟来检验冷暗物质与自相互作用暗物质模型(CDM与SIDM)在大质量星系质量区间($10^{12}M_{\odot}h^{-1}<M<10^{13.5}M_{\odot}h^{-1}$)内的差异。我们考虑两种SIDM模型:一种具有常数截面$\sigma/m_{\chi}=1\mathrm{cm^2g^{-1}}$,另一种截面依赖于速度。我们分析晕密度轮廓与集中度,比较所有情形下仅暗物质模拟与流体动力学模拟的预测。我们计算最佳拟合Einasto轮廓,将所得参数与先前研究比较并定义最佳拟合集中度-质量关系。我们发现重子的纳入减小了不同暗物质模型间相对于纯DM情形的差异。在SIDM流体运行中,与CDM密度轮廓的偏离弱依赖于质量:最庞大系统($M>10^{13}M_{\odot}h^{-1}$)呈现核轮廓,而最小质量者($M<10^{12.5}M_{\odot}h^{-1}$)具有更尖的轮廓。最后,我们通过考察暗物质分数与强透镜爱因斯坦半径分布,将模拟预测与观测结果比较。我们发现SIDM中DM分数随恒星质量增大而比CDM下降更快,导致在$M_{*}>10^{11}M_{\odot}$处分数更低,这是SIDM的显著特征。同时,由CDM与SIDM流体运行导出的爱因斯坦半径分布,可与$M>10^{13}M_{\odot}h^{-1}$的观测强透镜样本相比拟。我们结论:在此质量尺度上,自相互作用与重子的相互作用可极大减小CDM与SIDM模型间的预期差异,且需要能分离星系内区暗质量与发光质量的技术来约束自相互作用。