自互动暗物质星系与引力热崩溃

我们研究了孤立球对称暗物质 (SIDM) 星系在引力热流体规范下的演化。我们表明，具有典型矮星系中心密度和速度分散的 SIDM 星系的热平衡时间 $t_r$ 显著短于其年龄。我们发现，在平均自由路程 $\lambda$ 远大于引力尺度高度 $H$ 的情况下，SIDM 星系演化的自相似解。典型星系在此长自由路程 regime 下松弛至一种准稳态引力热密度轮廓，特征为近均匀核心和幂律外缘，$\rho \propto r^{-2.19}$。我们解出更一般的时间依赖问题，表明收缩核心演化至足够高的密度，使得 $\lambda$ 必然在最内侧区域小于 $H$。核心在约 $t_{coll} \approx 290 t_r$ 时间内发生世界面向奇点态的崩溃 (``引力热崩溃''),该时间对于当前时代典型暗物质主导星系核心的年龄要长得多。我们的模型计算与之前更详细的 N 体仿真结果一致，提供了其结果的简单物理解释，并将其扩展到更高的空间分辨率和更长的演化时间。在晚期，来自收缩、密集内部核心向周围星系的质量损失显著受到抑制，因此当核心变得相对论并对动力学坍缩至黑洞不稳定时，其最终质量可能显著。