来自矮椭球星系的对超轻轴子质量的无偏约束

已有建议提出，矮椭球星系的内部动力学可用于检验质量为 $m_a\sim 10^{-22}\text{eV}$ 的超轻轴子是否为首选的暗物质候选者。然而，与理论预测的比较往往难以给出确切结论，原因很简单：大多数宇宙学模型仅考虑暗物质，而人们观测到的仅是重子。本文使用银河系矮椭球星系的现实运动学模拟数据目录表明，Jeans 方程中的“质量-各向异性简并”会导致在暗物质晕分布未知的星系中对轴子质量的约束产生偏差。在具有多个化学动力学成分的星系中，通过对每个子群内包含的质量进行建模，可以部分消除这种偏差。然而，对模拟数据的分析表明，对轴子质量约束偏差最小的结果来自于直接拟合各个化学动力学成分的光度平均速度弥散。将我们的分析应用于两个有报告恒星子成分的矮椭球星系（Fornax 和 Sculptor），并假设晕分布未受重子作用，得到核半径分别为 $r_{c}>1.5$ kpc 和 $r_c> 1.2$ kpc，以及在 97.5\% 置信度下 $m_a<0.4\times 10^{-22}\text{eV}$。这些约束与基于类银河系星系中子晕质量函数的简单（但保守的）估计推导出的观测卫星数量存在张力。我们讨论了重子反馈可能如何影响我们的结果，以及如此小的轴子质量对宇宙结构增长的影响。