超轻暗物质中的涡旋与旋转孤子

具有不可忽略自相互作用的超轻暗物质的动力学由非线性薛定谔方程决定，而非无碰撞粒子的弗拉索夫方程。这导致波状效应，如干涉、孤子的形成，以及局部无旋的速度场，意味着涡度由与涡旋相关的奇点携带。利用二维解析推导和数值模拟，我们研究了具有非零角动量的随机初始条件下此类系统的演化。聚焦于托马斯-费米区域（系统的德布罗意波长小于其尺寸），我们证明旋转孤子在几个动力学时间内形成。旋转不与波函数的大轨道量子数相关，而是由规则涡旋晶格产生，在连续极限下导致刚体旋转。这种旋转孤子在给定中心密度下具有最大半径和旋转速率，而涡旋在圆形轨道上跟随物质流。我们证明该构型是固定角动量下能量的稳定最小值，并验证数值结果与解析推导一致。我们预期这些性质大部分可推广到三维情况，其中点涡旋将被涡环取代。