Self-similar solutions for fuzzy dark matter

Abstract

Las soluciones autosimilares para materia oscura difusa difieren notablemente de las del modelo estándar de materia oscura fría. En lugar de un colapso jerárquico, describen un proceso inverso en el que las estructuras densas iniciales se expanden con el tiempo. Este comportamiento pone de manifiesto el proceso de enfriamiento gravitacional, mediante el cual el sistema expulsa energía a través de la eyección intermitente de cúmulos de materia en ausencia de disipación. Estas características se deben a la naturaleza ondulatoria de la ecuación de Schrödinger y a la presión cuántica. El estudio analiza estas propiedades tanto en la representación euleriana densidad-velocidad como en la descripción lagrangiana mediante trayectorias de capas de masa.

Self-similar solutions for fuzzy dark matter are very different from their counterparts in the standard cold dark matter model. In contrast to the familiar hierarchical collapse of the current model for structure formation, they correspond to an inverse hierarchical blow-up. This fact highlights the gravitational cooling process, which in the absence of dissipation, allows the system to eject excess energy through the intermittent expulsion of clumps of matter. These surprising behaviours are due to the wave properties of the Schrödinger equation and to the quantum pressure. These features are printed in the Eulerian density-velocity representation of the nonrelativistic scalar field, or in the Lagrangian representation in the mass-shell trajectories.