Constraining self-interacting scalar field dark matter with strong gravitational lensing?

Abstract

Este trabajo estudia si los núcleos solitónicos predichos por la materia oscura escalar autointeractuante en régimen de Thomas-Fermi pueden detectarse mediante lente gravitacional fuerte en cúmulos de galaxias. Para ello, se construyen perfiles semianalíticos de densidad compuestos por un núcleo solitónico y un halo externo NFW, y se calculan ángulos de deflexión y densidad superficial de masa en exceso para cúmulos con masas de 2 × 10^15 y 2 × 10^14 masas solares. Los resultados muestran que los solitones más masivos pueden producir desviaciones de deflexión superiores a 2 segundos de arco en escalas de 10 a 30 kpc, dentro de la precisión observacional actual. La comparación con A2390 y con medidas de lente débil indica que el modelo sigue siendo compatible a gran escala, pero restringe la masa solitónica central.

We investigate the detectability of soliton cores predicted by self-interacting scalar field dark matter (SI-SFDM) in the Thomas–Fermi regime using strong gravitational lensing by galaxy clusters. We construct semi-analytical density profiles composed of a solitonic core and an outer NFW halo, and compute deflection angles and excess surface mass density for clusters with M200 = 2 × 10^15 M⊙ and 2 × 10^14 M⊙. Massive solitons (α = 3) generate deflection deviations larger than 2′′ at radii of 10–30 kpc, within the precision of current strong-lensing observations. Comparisons with A2390 and DES weak-lensing measurements show that SI-SFDM remains consistent with large-scale mass profiles while central densities constrain the soliton mass to Msol ≲ 10^12 M⊙.