Cosmological structure formation and soliton phase transition in fuzzy dark matter with axion self-interactions

Autor: Philip Mocz, Anastasia Fialkov, Mark Vogelsberger, Michael Boylan-Kolchin, Pierre-Henri Chavanis, Mustafa A Amin, Sownak Bose, Tibor Dome, Lars Hernquist, Lachlan Lancaster, Matthew Notis, Connor Painter, Victor H Robles, Jesús Zavala
Přispěvatelé: Physique Statistique des Systèmes Complexes (LPT) (PhyStat), Laboratoire de Physique Théorique (LPT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Rok vydání: 2023
Předmět:
Zdroj: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2023, Vol.521(2), pp.2608-2615 [Peer Reviewed Journal]
Mon.Not.Roy.Astron.Soc.
Mon.Not.Roy.Astron.Soc., 2023, 521 (2), pp.2608-2615. ⟨10.1093/mnras/stad694⟩
Popis: We investigate cosmological structure formation in Fuzzy Dark Matter (FDM) with an attractive self-interaction (SI) with numerical simulations. Such a SI would arise if the FDM boson were an ultra-light axion, which has a strong CP symmetry-breaking scale (decay constant). Although weak, the attractive SI may be strong enough to counteract the quantum 'pressure' and alter structure formation. We find in our simulations that the SI can enhance small-scale structure formation, and soliton cores above a critical mass undergo a phase transition, transforming from dilute to dense solitons.
10 pages, 3 figures, submitted to mnras
Databáze: OpenAIRE