ΛCDM 宇宙中的径向加速度关系

我们在冷暗物质(CDM)范式下研究了中心星系的总向心加速度($a_{\rm tot}$)与重子向心加速度($a_{\rm bary}$)剖面之间的径向加速度关系(RAR)。我们分析表明,RAR 与深势阱中重子存在时暗物质的准绝热弛豫物理密切相关。这清晰地展示了平均 RAR 及其弥散如何在低加速度区间($10^{-12}\,{\rm m\,s}^{-2}\lesssim a_{\rm bary}\lesssim10^{-10}\,{\rm m\,s}^{-2}$)由重子反馈过程与暗晕中 CDM 分布之间的相互作用产生。我们的框架使我们能够更进一步,利用解析近似和一个包含约 342,000 个 $M_r\leq-19$ 的低红移中心星系的真实模拟星表,详细研究更高和更低加速度。我们表明,虽然在重子主导的高加速度区间($a_{\rm bary}\gtrsim10^{-10}\,{\rm m\,s}^{-2}$)RAR 对弛豫物理的细节非常敏感,但一种匹配流体动力学 CDM 模拟弛豫结果的简单“重子化(baryonification)”方案无需任何调参即可显著成功地再现观测到的 RAR。而在(目前未观测到的)超低加速度区间($a_{\rm bary}\lesssim 10^{-12}\,{\rm m\,s}^{-2}$),RAR 对晕外围弥漫气体的丰度敏感,我们的默认模型预测对于 HI 贫乏、弥漫富气体的中心星系,其与简单幂律类关系存在显著偏离。我们的模拟还表明,相比于重子 Tully-Fisher 关系,RAR 在星系尺度上为 ΛCDM 范式提供了更稳健、可检验的预言,并对替代引力理论具有启示意义。