SIDM on FIRE：低质量矮星系的流体动力学自相互作用暗物质模拟

我们将一组在 $10^{10} M_{\odot}$ 无碰撞冷暗物质 (CDM) 晕中形成的四个模拟矮星系，与在相同晕中采用相同星系形成模型但具有非零暗物质自相互作用截面的模拟星系进行了比较。这些宇宙学放大模拟是 Feedback In Realistic Environments (FIRE) 项目的一部分，并采用 FIRE-2 模型来处理流体动力学和星系形成物理学。我们发现，在自相互作用暗物质 (SIDM) ($\sigma/m= 1\, cm^2/g$) 中形成的星系的恒星质量与 CDM 中的非常相似（跨越 $M_{\star} \approx 10^{5.7 - 7.0} M_{\odot}$），并且所有运行都位于相似的恒星质量——尺寸关系上。对于恒星质量为 $M_{\star} \sim 10^{6.6} M_{\odot}$ 的 CDM-Hydro 模拟，中心 $250-500$ pc 内的对数暗物质密度斜率 ($\alpha=d\log \rho / d\log r$) 保持陡峭，$\alpha > -0.8$，而在质量最大的星系中呈类核状。相比之下，每次 SIDM 流体动力学模拟都产生更平坦的轮廓，$\alpha > -0.4$。此外，在没有重子的 SIDM 运行中预测的中心密度轮廓与包含 FIRE-2 重子物理的 SIDM 运行相似。因此，在这个质量尺度上，SIDM 对包含（潜在不确定的）重子物理的鲁棒性似乎远高于 CDM，这表明使用低质量星系证伪 SIDM 将比证伪 CDM 更容易。我们的 FIRE 模拟预测，质量小于 $M_{\star} < 3 \times 10^6 M_{\odot}$ 的星系提供了用于区分模型的潜在理想目标，其中 SIDM 在这些微小星系中产生实质性的核，而 CDM 产生尖峰。