We study gravothermal evolution of dark matter halos in the presence of differential self-scattering that has strong velocity and angular dependencies. We design controlled N-body simulations to model Rutherford and Moller scatterings in the halo, and follow its evolution in both core-expansion and -collapse phases. The simulations show the commonly-used transfer cross section underestimates the effects of dark matter self-interactions, but the viscosity cross section provides an accurate approximation for modeling angular-dependent dark matter scattering. We investigate thermodynamic properties of the halo, and find that the three moments of the Boltzmann equation under the fluid approximation are satisfied. We further propose a constant effective cross section, which integrates over the halo's characteristic velocity dispersion with weighting kernels motivated by kinetic theory of heat conduction. The effective cross section provides a good approximation to differential self-scattering for most of the halo evolution. It indicates that we can map astrophysical constraints on a constant self-interacting cross section to an SIDM model with velocity- and angular-dependent scatterings.
Mergers Matter: Gravothermal Collapse in Dwarf Halos with Self-Interacting Dark Matter
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；DARK, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所DARK）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of Washington（华盛顿大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Princeton University（普林斯顿大学）；Northeastern University（东北大学）
The dark fate of ultra-faint dwarfs: Gravothermal collapse in action
Donostia International Physics Center（多诺斯蒂亚国际物理中心）；Universitäts-Sternwarte, Fakultät für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学天文台物理学院）；Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside（加州大学河滨分校物理与天文学系）
Gravothermal collapse of isolated self-interacting dark matter haloes: N-body simulation versus the fluid model
自相互作用暗物质（SIDM）是冷暗物质（CDM）的一种碰撞形式，最初被提出来解决当结构形成的无碰撞CDM理论与小尺度星系的观测进行比较时出现的问题。所提出的弹性碰撞对结构形成的定量影响已经估计以前的Monte Carlo N-体模拟和导电流体模型，明显分歧的结果。为了改善这种情况，我们直接比较新的Monte Carlo N-体模拟和解决方案的导电流体模型，孤立的SIDM晕的固定质量。这使我们能够清楚地将重力热弛豫的影响与膨胀背景宇宙中连续质量吸积的影响分开。当这两种方法以前被应用于晕形成与宇宙学边界条件，他们不同意的数量级的散射截面的大小需要解决所谓的“尖核问题。“然而，我们在这里表明，对于孤立的晕，这些方法在20%以内相互一致。这表明这两种方法是一致的，它们对宇宙学晕的分歧并不是由于它们的有效性被打破。这里研究的孤立晕经历重力热塌缩。我们比较了这两种方法计算的解决方案重力热坍塌从几个初始条件。这使我们能够校准热传导，其中考虑到流体模型中弹性硬球散射的影响。然而，要使这两种方法在孤立晕上接近一致，所需的热导率参数的调整量太小，无法解释以前在宇宙学背景下发现的差异。
Gravothermalizing into primordial black holes, boson stars, and cannibal stars
SISSA, International School for Advanced Studies（国际高等研究学院）；IFPU, Institute for Fundamental Physics of the Universe（宇宙基础物理研究所）；Institute of Theoretical Physics, Faculty of Physics, University of Warsaw（华沙大学物理学院理论物理研究所）
本研究提出粒子自相互作用导致晕引力热化坍缩的新机制，可形成小行星质量原初黑洞，并发现数改变湮灭或排斥压力可分别形成 cannibal 星和玻色子星，揭示早期宇宙结构形成的丰富现象。
Formation of the Little Red Dots from the Core-collapse of Self-interacting Dark Matter Halos
Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University（北京大学科维理天文与天体物理研究所）；Department of Astronomy, School of Physics, Peking University（北京大学物理学院天文学系）；Department of Physics, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院物理系）；Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院科维理天体物理与空间研究研究所）；Department of Physics, Tsinghua University（清华大学物理系）
A Dark-matter Origin of Little Red Dots: Early Seeding and Super-Bondi Accretion
Peking University（北京大学）；Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University（北京大学科维理天文与天体物理研究所）；Beijing Normal University（北京师范大学）；School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理学院）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；School of Astronomy and Space Science, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学天文与空间科学学院）
Accurately simulating core-collapse self-interacting dark matter halos
Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Excellence Cluster ORIGINS（ORIGINS卓越集群）；University of California, Riverside（加州大学河滨分校）；Max-Planck-Institut für Astrophysik（马克斯·普朗克天体物理学研究所）
Probing Collapsed Dark Matter Halos with Fast Radio Bursts
City University of Hong Kong（香港城市大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Tongji University（同济大学）；The Hong Kong University of Science and Technology（香港科技大学）
The diverse dark matter density at sub-kiloparsec scales in Milky Way satellites:implications for the nature of dark matter
银河系（MW）卫星居住在暗物质（DM）的subhalos与广泛的分布的圆形速度剖面。这种多样性随着超微弱卫星的加入而增强，这些卫星似乎具有非常高的DM密度，尽管具有很大的系统不确定性。我们认为，如果得到证实，这种大的MW卫星人口的多样性构成了一个严重的考验，DM性质的结构形成理论与可能的影响。对于冷暗物质模型，多样性可能是由MW盘和强超新星反馈引起的晕下潮汐破坏的综合效应的特征。对于功率谱中具有矮尺度截止的模型，多样性是矮尺度晕丰度较低的结果。这种多样性是最具挑战性的自相互作用暗物质（SIDM）模型的横截面$σ/m_χ\gtrsim1~$ cm $^2$ g $^{-1}$的subhalos有太低的密度来解释超微弱的星系。我们提出了一个新的解决方案来解释MW卫星的多样性的基础上重力热塌陷的SIDM晕。这种解决方案需要一个速度依赖的截面，预测双峰分布的尖形密集（崩溃）subhaloes符合超微弱的卫星，和核心的低密度subhaloes符合较亮的卫星。
Survival of the most compact: the life and death of satellite halos in self-interacting dark matter
Goethe University（法兰克福歌德大学）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑路德维希-马克西米利安大学）；Excellence Cluster ORIGINS（ORIGINS卓越集群）；The University of Texas at Austin（得克萨斯大学奥斯汀分校）；University of California - Irvine（加州大学尔湾分校）
Non-Equilibrium Relativistic Core Collapse of Self-Interacting Dark Matter Halos -- Limits On Seed Black Hole Mass
Peking University（北京大学）；Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, Peking University（北京大学天文与天体物理研究所）；Beijing Normal University（北京师范大学）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
