暗物质晕中原子氢含量的理论模型

原子氢（H I）气体在宇宙再电离后主要驻留于暗物质晕中，是恒星形成的燃料。其与宿主晕性质的关系乃是理解宇宙H I分布的关键。本工作中，我们提出了一个灵活的、经验性的H I-晕关系模型。在该模型中，H I质量虽主要依赖于宿主晕质量，但也次级依赖于其他晕性质。我们将模型应用于Arecibo Fast Legacy ALFA巡天（ALFALFA）的观测数据，发现其能成功拟合宇宙H I丰度（$\Omega_{\rm HI}$）、平均H I-晕质量关系$\langle M_{\rm HI}|M_{\rm h}\rangle$以及H I成团性。ALFALFA数据的最佳拟合以高置信度排除了H I质量无次级晕依赖的模型以及次级依赖于晕自旋参数（$\lambda$）的模型，并显示出对晕形成时间（$a_{1/2}$）和晕浓度（$c_{\rm vir}$）的强烈依赖。为从流体动力学模拟角度解释这些发现，IllustrisTNG模拟证实了H I质量对次级晕参数的依赖。然而，IllustrisTNG结果显示出对$\lambda$的强烈依赖以及对$c_{\rm vir}$和$a_{1/2}$的弱依赖，并且在大尺度上预言的H I成团性远大于观测值。模拟与观测间的这一差异呼吁从理论与观测两方面改进对H I-晕关系的理解。