模糊暗物质晕中的弛豫过程

暗物质可能由轻玻色子组成，${m_b \sim 10^{-22}\, \mathrm{eV}}$，在典型星系势中德布罗意波长 $\lambda \sim 1 \,\mathrm{kpc}$。此类“模糊”暗物质（FDM）在远大于德布罗意波长的尺度上表现如同冷暗物质（CDM），但或可解决 CDM 在解释小尺度（$\lesssim 10\,\mathrm{kpc}$）星系性质时所面临的若干难题。由于其波的性质，FDM 在德布罗意波长尺度上表现出永不衰减的随机密度涨落。这些涨落产生的引力场散射恒星和黑洞，导致其轨道在相空间中扩散。我们表明，这一弛豫过程可用分析 $N$ 体系统中经典两体弛豫的相同工具进行定量研究，并可将 FDM 涨落视为准粒子来描述，在圆周速度恒为 $200\,\mathrm{kms}$ 的星系中其有效质量 $\sim 10^7 M_\odot {(1\,\mathrm{kpc}/r)}^2{(10^{-22}\,\mathrm{eV}/m_b)}^3$。这一新颖弛豫机制可能使超大质量黑洞或球状星团因动力学摩擦而在数百 pc 半径处停滞内旋，并能够加热和膨胀星系中心区域。这些过程可用于约束可能构成 FDM 的轻玻色子质量。