自相互作用标量暗物质的孤子与晕

我们研究了在标量场暗物质场景中，由排斥性自相互作用在延展晕内支撑的孤子的形成与演化。我们聚焦于量子压强通常远小于自相互作用的半经典 regime。我们给出了数值模拟，其初始条件中晕的本征函数系数由 WKB 近似描述。我们发现，当系统尺度约为与自相互作用相关的金斯长度时，中心孤子迅速形成并约占总体质量的 50%。然而，若晕大于该自相互作用尺度十倍，则孤子仅在尖核晕中迅速形成，其中心密度足够大以触发自相互作用。若晕具有平坦核，则孤子出现需更长时间，直至德布罗意波长尺度上的小随机涨落累积至足够大密度。在某些情况下，我们观察到在更大的自相互作用支撑孤子内部存在多个窄密度尖峰共存。所有孤子均表现稳健且缓慢增长，除非其已占总体质量的 40%。我们发展了一种适用于非均匀背景的动力学理论，以估计低质量下孤子的增长率。该理论解释了随着基态与晕激发态之间共振消失，增长率的快速衰减。我们的结果表明，宇宙学晕的孤子质量会因形成历史不同而呈现大离散。