无或有自相互作用标量场暗物质中的单体与合并脉冲动力学

由玻色子构成的标量场暗物质（SFDM）已成为一种备受青睐的 CDM 范式的替代方案，尤其因为其有望弥补 CDM 在小尺度问题上的不足。 cosmological 仿真表明，SFDM 星系 Halo 呈现核心-包层结构，但计算成本较高。 Halo 核心被发现可被“脉冲”良好近似。研究单体脉冲及多个脉冲合并的动力学，构成了更可行的探讨 SFDM 及其与自引力相互作用方式的途径，适用于多种 free boson 参数。本文中，我们针对无自相互作用以及具有 2-玻色子、斥力且从弱到中等强度自相互作用（SI）的模型，进行了针对性的单体脉冲和二进制脉冲合并仿真，以及无 SI 的多脉冲合并仿真。我们改进了开源代码 Pyultralight 以实现 SI 模型下的仿真，并公开发布了经修改的代码。我们推导了若干 SI 值下脉冲中心密度与质量之间的数值比例关系，发现与无自相互作用的模糊暗物质（无 SI）或强斥力 Thomas-Fermi 规律下单调关系有所偏离。具有 SI 的脉冲相对于无 SI 的脉冲具有更大的核心及更低的中心密度。利用我们的仿真结果，我们提取了脉冲及合并后天体的数值密度轮廓，并拟合至文献中已有的解析函数。我们发现，对于具有 SI 的天体，Gaussian 核心略有偏好，而合并后天体的包层可拟合为 NFW 模型，尽管讨论中对此持谨慎态度。与前期工作类似，我们发现单体及合并后天体均存在全球性持久振荡，表明自引力 SFDM 的放松时间极长，尽管具有 SI 的天体的振荡幅度相对较小。