Testing the sterile neutrino dark matter paradigm with astrophysical observations
无菌中微子暗物质被认为在小天体物理尺度上抑制结构的形成。抑制的细节取决于早期宇宙中的无菌中微子产生机制。在这一过程中，我们专注于最流行的情况下，共振生产（通过活跃和不育中微子之间的混合）和标量衰变生产（通过一个假设的标量单线的衰变）。在讨论无菌中微子暗物质假说如何缓解局部宇宙中矮星系的过剩问题之前，我们首先回顾了当前结构形成的限制。
2017-04-06 astro-ph.CO
The Dark Matter Discovery Potential of the Advanced Particle-Astrophysics Telescope (APT)
本文评估先进粒子天体物理望远镜（APT）对矮星系暗物质的探测灵敏度，发现其可约束质量高达600 GeV的热遗迹，并能高显著性探测多个矮星系，从而检验银河系中心伽马射线超出的暗物质起源。
2023-08-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The evolving role of astrophysical modelling in dark matter halo relaxation response
本文研究了天体物理建模在宇宙学流体动力学模拟中对暗物质晕弛豫响应的影响，发现线性准绝热弛豫模型在 IllustrisTNG、CAMELS 和 EAGLE 模拟中均适用，且反馈能流和气体状态方程是影响弛豫响应的关键因素。
2025-05-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Astrophysical uncertainties on stellar microlensing constraints on multi-Solar mass primordial black hole dark matter
最近，人们对多太阳质量的原始黑洞（PBH）作为暗物质（DM）候选者产生了兴趣。在这个质量范围内，存在着各种微透镜效应、动力学和吸积效应对多环芳烃丰度的限制。从表面上看，这些限制排除了多太阳质量的PBH，这些PBH构成了三角函数和扩展质量函数的所有DM。然而，恒星微透镜事件的发生率取决于麦哲伦云视线上致密天体的密度和速度分布。我们研究的依赖性的约束的本地暗物质密度和圆周速度，也考虑模型的速度分布随半径而变化。我们发现，最大的质量限制恒星微透镜可以改变一个数量级。特别是约束显着减弱，如果紧凑的对象的速度分散减少。这种变化不足以消除恒星微透镜和动力学约束之间的紧张关系。然而，这表明，在计算和比较约束时，考虑到天体物理学的不确定性至关重要。我们也证实了最近的发现，实际上增加了现实的，有限宽度的质量函数之间的紧张关系的约束。
2017-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Astrophysical Uncertainties Of Dark Matter Direct Detection Experiments
在暗物质直接探测实验中，研究了弹性、动量依赖和非弹性散射暗物质三种情况下天体物理不确定性对排斥限的影响。我们发现，不同的暗物质银河逃逸速度和太阳的圆周速度可以导致显着的变化，光（$\lesssim10$ GeV）的弹性和非弹性散射暗物质的排斥限制。我们还计算的限制，使用100个速度分布提取的通过Lactea II和GHALO N体模拟，并发现，麦克斯韦-玻尔兹曼分布具有相同的天体物理参数通常设置较少的约束限制。对于质量为$\gtrsim50$ GeV的天体物理参数和速度分布形式的变化，弹性和动量相关的极限仍然是稳健的。
2011-04-04 astro-ph.CO hep-ph
Taming astrophysical bias in direct dark matter searches
我们探索系统的偏见，在未来的直接检测实验中的暗物质的识别和比较重建的暗物质属性时，假设一个自洽的暗物质分布函数和标准麦克斯韦速度分布。我们发现，系统偏差的暗物质的质量和截面的测定所产生的错误的假设，其分布函数的顺序为~1σ。如果对银河系质量模型做出错误的假设，就会产生更大的系统偏差。然而，在这两种情况下，偏差大大减轻边缘化的银河系模型参数。我们还表明，速度分布可以重建在一个无偏的方式为典型的暗物质参数。我们的研究结果突出了使用标准麦克斯韦速度分布的暗物质质量和横截面确定的鲁棒性，以及以统计一致的方式考虑天体物理不确定性的重要性。
2013-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ex
Dark Matter in Astrophysics/Cosmology
这些课堂讲稿的目的是从天体物理学/宇宙学的角度介绍暗物质。我们从宇宙学的快速概述开始，包括宇宙的演化，它的热历史和结构形成。然后，我们从星系、星系团、宇宙微波背景辐射的各向异性和大尺度结构的观测结果中，探讨了暗物质的观测证据。为了探测暗物质，我们需要知道它是如何分布的，特别是在银河系中，所以接下来我们将概述数值模拟和观测的相关结果。最后，我们通过观察天体物理学和宇宙学观测可以告诉我们关于暗物质的性质来得出结论，重点是两个特殊的情况：温暖和自我相互作用的暗物质。
2021-11-10 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysical Searches and Constraints on Ultralight Bosonic Dark Matter
从暗物质确实存在并渗透整个宇宙的证据开始，可以估计其性质的各种界限。从宇宙微波背景和大尺度结构出发，总结了超轻玻色暗物质（UBDM）质量和宇宙密度的边界。考虑到星系形成和演化以及黑洞超辐射现象，这些边界被推广到更大的质量。然后，我们讨论了不同类别的UBDM紧凑对象，包括孤子/轴子星和miniclusters的形成。接下来，我们考虑天体物理约束的耦合UBDM的标准模型粒子，从恒星冷却（生产的UBDM）和间接搜索（衰变或转换的UBDM）。在整个过程中，有简短的讨论“提示和机会”在寻找UBDM在每个领域。
2021-06-16 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Getting the astrophysics and particle physics of dark matter out of next-generation direct detection experiments
未来十年将带来大量新的数据集，从实验的直接检测弱相互作用大质量粒子（WIMP）的暗物质。这些实验的主要目标是识别和表征暗物质粒子种类。然而，将数据集映射到暗物质的粒子物理性质是复杂的，不仅因为暗物质模型中相当大的不确定性，而且因为它的局部分布函数（暗物质的“天体物理学”）约束很差。在这封信中，我提出了如何进行直接检测数据分析的转变。我表明，通过平等对待天体物理和粒子物理的不确定性的暗物质，并结合数据集的分析，可以恢复粒子物理和天体物理的暗物质。这样的方法不仅能对暗物质的性质做出更精确的估计，而且还能阐明暗物质是如何与星系共同演化的。
2010-04-06 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Gravity-mediated (or Composite) Dark Matter Confronts Astrophysical Data
我们认为天体物理界的一种新形式的暗物质，所谓的引力介导的暗物质。在这种情况下，暗物质通过引力共振组成的中介扇区与我们通信，即新标量（radion）和大质量自旋2共振（massive graviton）。我们考虑特定的模型自然电弱对称性破缺或弱尺度暗物质的背景下，在扭曲的额外的维度和他们的复合材料的模型。主要的暗物质湮灭机制是由于KK引力子与大量传播的规范玻色子的相互作用。我们强加的限制单色或连续光子从费米LAT和HESS。我们还探讨了费米伽马射线线可能是引力介导的暗物质的表现的情况。
2014-01-21 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysical and Cosmological Probes of Dark Matter
虽然天体物理学和宇宙学探测提供了一个非常精确和一致的暗物质的数量和一般性质的图片，但它的基本性质仍然是物理学中最重要的悬而未决的问题之一。在未来十年内获得对暗物质更全面的了解将需要克服一些理论挑战：现在正在为这些飞跃奠定基础，但还有很多工作要做。在即将到来的挑战中，最主要的是建立理论基础，以充分利用天体物理和宇宙学领域中新观测值的潜力，从早期宇宙到星系内部和其中的恒星。确定暗物质的性质还需要重新利用和实施天体物理学典型工具包之外的广泛理论技术，从有效场论到机器学习和基于人工智能的统计推断的急剧发展的世界。通过这项工作，理论前沿将成为未来十年暗物质发现的核心。
2022-03-12 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Resolving astrophysical uncertainties in dark matter direct detection
我们研究了银河系暗物质粒子的假设速度分布对核反冲探测器结果解释的影响。通过将实验数据转换为变量，使天体物理学的未知数变得明确，不同的实验可以在没有关于暗物质晕的隐含假设的情况下进行比较。我们扩展这个框架，包括年度调制信号，以及多个目标元素。最近的结果DAMA，CoGeNT和CRESST-II可以带入协议，如果速度分布是非常各向异性的，从而允许一个大的调制分数。然而，CDMS和XENON的限制不能通过单独诉诸这种天体物理不确定性来回避。
2012-02-29 astro-ph.CO hep-ph
Two analytic relations connecting the hot gas astrophysics with the cold dark matter model for galaxy clusters
星系团是检验我们对宇宙学理解的好目标。除了数值模拟和引力透镜，X射线观测是分析星系团引力结构最常用和最传统的方法。因此，它是有价值的，有简单的分析关系，可以连接所观察到的热，X射线发射气体的分布，从模拟得出的集群中的暗物质的结构。在这篇文章中，我们应用了一个简单的框架，可以解析连接的宇宙学冷暗物质模型中的标准参数的热气体的经验参数。我们从理论上导出了两个重要的解析关系式$r_s \approx \sqrt{3}r_c$和$ρ_s \approx 9βkT/8 πGm_gr_c^2$，它们能很容易地把星系团中的暗物质性质与热气性质联系起来。这可以给出一个用热气体和冷暗物质模型描述星系团引力天体物理的一致图象。
2021-10-22 astro-ph.CO
Separating Dark Acoustic Oscillations from Astrophysics at Cosmic Dawn
本文探讨了在未约束天体物理参数下，利用 $z>10$ 的21-cm功率谱测量暗物质性质，发现仅需540天 HERA 观测即可区分 CDM 与多种受抑制的暗物质模型。
2024-04-26 astro-ph.CO
The radio telescope search for the resonant conversion of cold dark matter axions from the magnetized astrophysical sources
研究了在天体物理源强磁场（如中子星磁层中的磁场）存在下，冷暗物质（CDM）轴子绝热共振转换为光子的条件。我们证明了即将到来的射电望远镜，如SKA（平方公里阵列）可以探测这些光子信号的CDM轴子的可能性。
2018-05-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Astrophysical uncertainties on the local dark matter distribution and direct detection experiments
弱相互作用大质量粒子（WIMP）直接探测实验中的微分事件率依赖于局域暗物质的密度和速度分布。因此，需要对当地的暗物质分布进行精确建模，以获得对WIMP粒子物理性质的可靠约束。数据分析通常使用一个简单的标准晕模型，这可能不是一个很好的近似真实的银河系（MW）晕。本文综述了在模拟类MW星系中观测到的局域暗物质密度、圆速度和逃逸速度以及局域暗物质分布的研究。我们讨论了这些量的不确定性对能谱及其时间和方向依赖性的影响。最后，我们总结了处理这些天体物理不确定性的各种方法的概述。
2017-06-08 astro-ph.CO hep-ph
Challenges of Relativistic Astrophysics
我讨论了相对论天体物理学中一些最突出的挑战：紧凑的物体（黑洞和中子星）;暗区（暗物质和暗能量）;等离子体天体物理学（射流，宇宙射线和磁场的起源）和原始宇宙（宇宙开始时的物理学）。在这四个主题中，我讨论了十二个最重要的挑战。这些挑战让我们深入了解只能在大尺度宇宙中研究的新物理学。在不久的将来的可能性，在观测和理论上，为解决这些挑战，也进行了讨论。
2013-05-14 astro-ph.CO
Constraining dark matter sub-structure with the dynamics of astrophysical systems
某些天体物理动力学系统的测量精度允许限制令人难以置信的小引力摄动的存在。特别是，太阳系内部的动力学（行星、地月）首次为证明地球附近黑暗子结构的丰度、质量和大小提供了可能性。我们发现，采用标准的暗物质密度，它的局部分布可以由亚太阳质量晕，目前没有可测量的动力学后果，无论小晕分数。另一方面，也可以排除线质量密度高于$λ_{\rm st}> 10^{-10} \Msun/\AU$（大约是地球质量沿着SS的直径一直延伸到柯伊伯带）的暗流的存在。此外，我们还回顾了MW矮球状星系内宽双星的动力学。这类双星的动力学似乎与暗子结构的存在是相容的，因此它们的存在并不像以前所声称的那样是暗物质假说的一个尖锐的判别式。然而，在某些区域，来自不同天体物理系统的约束可能会揭示子结构质量函数截止尺度。
2013-02-07 astro-ph.CO
Astrophysical Tests of Dark Matter Self-Interactions
Indian Institute of Science Education and Research（印度科学教育与研究所）；The University of Chicago（芝加哥大学）；University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；University of Oxford（牛津大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；University of Portsmouth（朴茨茅斯大学）；Harvard University（哈佛大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Karlsruhe Institute of Technology (KIT)（卡尔斯鲁厄理工学院）；University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）；University of California, Merced（加州大学默塞德分校）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Hawaii（夏威夷大学）；University of Iceland（冰岛大学）
本文综述了暗物质自相互作用在天体物理中的测试方法，探讨了SIDM模型对星系结构和观测的影响及未来研究方向。
2025-12-16 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Quantifying Astrophysical Uncertainties on Dark Matter Direct Detection Results
由于我们对星系中的暗物质相空间缺乏了解，我们试图估计自旋无关的暗物质-核子截面的约束的不确定性。我们先拟合暗物质的密度，然后再研究与这些拟合相兼容的Jeans方程的可能解，以了解我们在太阳半径处可能期望的速度色散。我们考虑到非麦克斯韦速度分布的可能性和一个黑暗的磁盘的可能存在。结合所有这些影响，我们仍然发现，在解释的直接检测实验的高（>100 GeV）质量的暗物质候选人的不确定性是小于一个数量级的截面。
2012-06-13 astro-ph.CO hep-ph
Light dark matter versus astrophysical constraints
来自DAMA的直接暗物质探测的线索，CoGeNT实验指向具有违反同位旋和可能非弹性耦合的轻暗物质。然而，一系列天体物理学的限制正在迅速关闭光暗物质的窗口。我们指出，如果遗迹密度是由湮灭成不可见的状态，这些限制可以逃避。作为一个例子，我们提出了一个准狄拉克暗物质模型，通过两个U（1）规范玻色子相互作用，其中一个耦合到重子数，另一个与光子动力学混合。湮灭主要是进入“暗中微子”，它们不与SM混合，但可以提供一小部分暗辐射。这个模型很快就可以通过几个寻找这种轻规范玻色子的实验来测试，我们预测两者都可以被检测到。该模型还需要第四代夸克，它们的存在可能会增加Tevatron和LHC中希格斯玻色子的截面。
2011-11-23 astro-ph.CO hep-ph
Gravitational probes of dark matter physics
暗物质的性质是粒子物理学中最紧迫的问题之一。然而，迄今为止，我们对暗区的所有知识都来自于它与天体物理系统的引力相互作用。此外，天文学的结果仍然有巨大的潜力来限制暗物质的粒子特性。我们引入了一个简单的二维参数空间，它根据粒子物理相互作用强度和新物理出现的特征天体物理尺度对模型进行分类，以促进粒子物理学和天文学领域之间的交流。我们调查了已知的天体物理异常，暗示非平凡的暗物质粒子物理，并提出了一个理论和观测计划，为未来的天体物理测量，将阐明暗物质的性质。
2018-09-26 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysical Constraints on Inflationary Dark Matter in the Luminogenesis Model
无碰撞冷暗物质的假设本身不能调和几个天体物理学的矛盾（尖与核问题，丢失的卫星问题，太大而不能倒的问题）。自相互作用的暗物质为解决所有这些问题提供了一个有前途的框架，自相互作用的截面在文献中得到了适当的限制。根据Tulin，Yu和Zurek的工作[1]，我们可以约束暗物质质量和假设一般标量Yukawa型相互作用的光介质的质量。特别是，我们约束的强烈耦合的暴胀暗物质的发光模型，统一模型与规范组$SU(3)_C \times SU(6) \times U(1)_Y$，打破了标准模型与额外的规范组的暗物质时，暴胀卷到其真正的真空。发光模型还受到通货膨胀的限制，我们发现一个上限的尺度对称性破缺的暴胀和去耦规模$M_1$的某些表示的规范组。我们强调，发光模型使天体物理约束，暗物质的性质，和通货膨胀之间的独特的连接。
2015-11-08 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological and astrophysical signatures of dark matter annihilations into pseudo-Goldstone bosons
我们研究了一个模型，其中暗物质粒子是一个手征费米子场下的全球$U(1)$对称性，假设是自发破缺，导致伪戈德斯通玻色子（PGB）。我们认为，暗物质湮灭成PGB决定了暗物质遗迹丰度。此外，我们还注意到，对PGB的实验搜索允许非常长寿命的PGB，其寿命比宇宙的年龄长得多，或者相对短寿命的PGB，其寿命短于一分钟。因此，出现了两种不同的情况，产生了非常不同的签名。在长寿命PGB的情况下，PGB可能对宇宙的辐射能量密度有很大的贡献。另一方面，在短寿命的PGB的情况下，由于衰变长度短于1秒差距，s波湮灭成PGB和$CP$甚至暗标量在银河系中心可能会导致在伽马射线能谱中的一个强烈的盒子功能，提供PGB衰变分支比成两个光子是相当大的。我们还分析了这两个方案的限制，从热生产，希格斯粒子的不可见衰变宽度和直接暗物质搜索。
2014-02-19 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
More is Different: Non-Minimal Dark Sectors and their Implications for Particle Physics, Astrophysics, and Cosmology -- 13 Take-Away Lessons for Snowmass 2021
短语“更多就是不同”经常被用来指新的，意想不到的集体现象，当一个给定系统中的状态数量很大时，可能会出现这种现象。在对Snowmass 2021研究的贡献中，我们描述了13种意想不到的集体现象，这些现象可能在暗区包含大量状态时出现，与通常的假设相反。这13个外卖课程涵盖了暗物质物理学的所有相关领域，包括对撞机签名，直接检测签名，间接检测签名，暗物质互补性的新观点，甚至是意想不到的天体物理和宇宙学现象，超越了那些通常与单组分暗物质场景相关的现象。因此，这些经验教训-以及它们所依据的现象-表明，在考虑与非最小暗区有关的可能特征和理论可能性时，需要保持一种广泛的视角。
2022-03-31 astro-ph.CO hep-ph
Screened Fifth Forces Mediated by Dark Matter-Baryon Interactions: Theory and Astrophysical Probes
我们推导了一种新的屏蔽机制的细节，该机制可以根据局域暗物质密度来屏蔽重子和暗物质的相互作用。在这个机制中，牛顿常数的值与暗物质的密度有关，这使得在密度小于银河系的星系中，天体物理现象可能会非常不同。参数化后牛顿参数$γ$，量化运动学和透镜探针之间的差异，也取决于暗物质密度。我们计算了不同的$G$对恒星演化的各个阶段的影响，专注于影响宇宙学的观测值：造父变星周期-光度关系和超新星Ia星等-红移关系。其他潜在的测试模型也进行了研究，包括主序星，主序星后，和低质量的矮星。最后，我们讨论了如何银河系外的测试$γ$可以提供补充约束。
2020-04-06 astro-ph.CO gr-qc
Haloes, other dark matter candidates and astrophysical implications
针对原初黑洞无法构成全部暗物质的情况，本文提出多组分暗物质模型，通过原初黑洞与第二暗物质组分的相互作用提供独特特征，从而提升探测前景并改进约束。
2024-05-30 astro-ph.CO
Dark Matter In Extreme Astrophysical Environments
通过观测极端的天体物理环境来探索暗物质--这里定义为沉重的致密天体，如白矮星、中子星和黑洞，以及超新星和致密天体合并事件--自上次斯诺马斯过程以来一直是一个主要的增长领域。理论工作强调了当前和不久的将来的天文台的效用，以限制整个质量范围内的新暗物质参数空间。这包括从无线电到伽马射线的电磁波谱的引力波仪器和天文台。虽然最近的搜索已经为各种暗物质模型提供了领先的灵敏度，但这项工作也强调了理论天体物理学研究的必要性，以更好地约束这些极端天体物理系统的性质。这些搜索签名探测暗物质的独特潜力增加了提议的下一代天文和引力波仪器的动力。
2022-11-07 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysical Constraints on Decaying Dark Gravitons
该研究针对暗维数方案中的暗引力子暗物质模型，通过其衰变对CMB等天体物理信号的影响设置参数约束，验证了参数自然取值范围的合理性并给出暗物质质量与额外维度尺度的预言。
2024-01-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Information divergences to parametrize astrophysical uncertainties in dark matter direct detection
本文提出用多种信息散度刻画暗物质速度分布与中心分布的偏差，并通过星流叠加离散化，在给定距离内优化以界定散射截面限制。
2024-12-18 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Astrophysical Uncertainties in the Cosmic Ray Electron and Positron Spectrum From Annihilating Dark Matter
近年来，为了研究GeV到TeV能量的宇宙射线，进行了许多实验。从间接暗物质探测的角度来看，这是一个特别有趣的机制。然而，要从宇宙射线测量中得出关于暗物质的可靠结论，首先必须了解宇宙射线通过银河系磁场和辐射场的传播。在本文中，我们约束的宇宙线传播模型的特点，通过比较与观测输入，包括最近的数据从CREAM实验，并使用这些约束条件来估计相应的不确定性的宇宙线电子和正电子的光谱中的暗物质粒子湮灭在银河系的晕。
2009-04-15 astro-ph.CO astro-ph.HE
Integrating In Dark Matter Astrophysics at Direct Detection Experiments
我们研究的MAJORANA演示器，一个无中微子双β衰变实验目前正在建设中的桑福德地下实验室，作为一个轻弱相互作用探测器的能力。对于一个接近当前实验边界的截面，MAJORANA DEMONSTRATOR应该收集到数百甚至数千个反冲事件。这为直接从数据中同时确定暗物质的物理性质及其局部速度分布提供了可能性。我们分析了这种可能性，发现允许暗物质的速度分布浮动相当大的WIMP质量测定。这一结果被追溯到以前未探索的WIMP质量和速度色散之间的简并。我们模拟光谱使用等温和通过Lactea II速度分布和评论流的可能影响。我们的结论是，暗物质的速度分布的知识将大大有助于质量和截面的光WIMP的确定。
2013-06-06 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ex
Statistical Issues in Astrophysical Searches for Particle Dark Matter
在这篇评论中出现的粒子暗物质，即间接检测（暗物质湮灭成标准模型粒子）或直接检测（暗物质粒子散射在深地下探测器）的天体物理搜索的统计问题进行了讨论。这些搜索的一个特别方面是在滋扰参数（天体物理因素），是退化的参数（质量和湮灭/衰变截面的粒子）非常大的不确定性的存在。的可能性的方法已成为最强大的工具，提供至少一个动机良好的方法，将滋扰参数，并通过允许优于更传统的数据叠加的目标的组合，增加实验的灵敏度。天体物理学搜索中出现的其他统计挑战在很大程度上类似于任何新的物理学搜索，例如在对撞机上，一个主要的例子是计算试验因子。频率论方法主要用于假设检验和区间估计，贝叶斯方法用于冗余参数估计和复杂参数空间中的参数估计。基本的统计概念将被揭露，从实验搜索和警告将指出具体的例子说明。
2014-10-14 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Inferring Astrophysics and Dark Matter Properties from 21cm Tomography using Deep Learning
21厘米断层扫描打开了一扇窗口，可以直接研究我们宇宙历史早期的天体物理学和基础物理学，即再电离时代（EoR）和宇宙黎明（CD）。由于信号的高度非高斯性质，诸如功率谱的概括统计量省略了在该信号中编码的信息。在这里，我们采用了基于网络的方法，直接推断CD和EoR天体物理学联合基础物理从21厘米层析成像。我们展示了一个温暖的暗物质（WDM）宇宙，其中暗物质密度参数$Ω_\mathrm{m}$和WDM质量$m_\mathrm{WDM}$强烈影响CD和EoR。为了反映21 cm光锥的三维特性，我们提出了一种新的，尽管简单的3D卷积神经网络，以适度的训练成本进行有效的参数恢复。在模拟中，我们观察到CD和EoR天体物理学（$R^2>0.78-0.99$）的高保真度参数恢复，以及DM密度$Ω_\mathrm{m}$（$R^2>0.97$）和WDM质量（$R^2>0.61$，$m_\mathrm{WDM}<3-4\,$ keV）。对于包括平方公里阵列预期的噪声和前景水平的真实模拟观察光锥，我们注意到，在乐观的前景场景中，参数恢复不受影响，而对于中等的、不太乐观的前景水平（占据所谓的楔形），WDM质量的恢复恶化，而其他参数在$R^2>0.9$处对增加的前景水平保持稳健。我们通过裸模拟和模拟观测之间的转移学习，进一步测试了我们基于网络的推理对建模不确定性和系统学的鲁棒性;我们发现特定X射线光度和电离效率…
2022-01-19 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Snowmass2021 Cosmic Frontier White Paper: Probing dark matter with small-scale astrophysical observations
目前对暗物质的理解主要来自于对宇宙中总物质含量的测量，来自于引力物质在非常大尺度上的分布，以及来自于次星系尺度上的旋转曲线和速度色散。然而，小尺度结构很可能是解开宇宙中仍然神秘的85%物质的粒子物理学的关键。利用下一代引力波探测器和先进的天体测量仪器提供的大量高精度测量数据，将有可能对新粒子和暗物质进行新型小尺度天体物理探测。宇宙微波背景和大尺度结构调查将提供互补的限制暗物质模型与独特的小尺度签名。我们列出了小尺度结构和致密物体作为暗物质探测器的研究，并总结了实现目标的要求。
2022-07-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Information-theoretic astrophysical uncertainties in the effective theory of dark matter direct detection
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard University（哈佛大学）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
本文通过信息论方法量化暗物质直接探测中天体物理不确定性的影响，揭示速度分布特征对检测不同暗物质模型的关键作用。
2026-07-29 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ex
Dissecting the Gamma-Ray Background in Search of Dark Matter
费米伽马射线太空望远镜测量到的伽马射线背景是由几类天体物理学源构成的。在本文中，我们使用费米的伽马射线源目录（以及相应的源目录在红外和无线电波长）建立和约束模型的贡献河外伽马射线背景的天体物理源，包括射电星系，恒星形成星系，和耀变体。然后，我们结合我们的模型与费米的测量的伽马射线背景，推导出约束的暗物质湮灭横截面，包括河外和星系晕和subhalos的贡献。由此产生的约束是竞争力最强的当前约束从银河系中心和矮球状星系。随着费米继续测量来自更多天体物理源的伽马射线发射，将有可能更严格地限制天体物理对河外伽马射线背景的贡献。我们预计，与10年的数据，费米的测量，这种背景下结合改进的限制天体物理源的贡献将产生一个灵敏度暗物质湮灭，超过最强的电流约束的一个因素~ 5 - 10。
2013-12-02 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Astrophysics-independent determination of dark matter parameters from two direct detection signals
下一代暗物质直接探测实验将探索暗物质--原子核散射截面低于当前上限的几个数量级。一旦发现了信号，立即的任务将是确定暗物质的质量，并研究潜在的相互作用。我们开发了一个框架，以确定暗物质质量的信号在两个实验中不同的目标，独立的天体物理学。我们的方法依赖于一个分布的自由，非参数的双样本假设检验在速度空间中，既不需要binning的数据，也没有任何拟合的速度分布的参数化。我们将我们的方法应用到现实的配置氙和氩探测器，如XENONNT/DARWIN和黑暗面，并估计DM质量可以确定的精度。一旦确定了暗物质的质量，就可以通过使用相同的数据来限制中子和质子的耦合强度的比率。该测试可应用于20阶事件的事件样本，但有希望的灵敏度需要$\gtrsim 100$事件。
2019-10-10 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Separating astrophysical sources from indirect dark matter signals
对暗物质湮灭和衰变产物的间接搜索面临着在不确定的背景下识别不确定和次显性信号的挑战。解决这个问题的两种有价值的方法是（1）使用利用信号和背景的能量谱和角分布中的不同特征的分析方法，以及（2）背景的更准确表征，其允许更鲁棒地识别可能的信号。这两种方法是互补的，如果一起使用，可以大大加强。我回顾了使用两个有前途的目标，内星系和各向同性伽马射线背景的伽马射线间接搜索的状态。对于这两个目标，背景属性的不确定性是间接搜索灵敏度的主要限制。然后，我强调的方法，可以提高使用这些目标的间接搜索的灵敏度。
2014-10-12 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Exploring Fermionic Dark Matter Admixed Neutron Stars in the Light of Astrophysical Observations
本研究通过求解双流体TOV方程结合贝叶斯推断分析天体物理观测数据，发现当前观测主要约束DMANS的暗物质分数，且该分数主要由高密度下强子EoS的硬度决定。
2025-06-25 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Antiproton signatures from astrophysical and dark matter sources at the galactic center
我们银河系的中心是一个以极端现象为特征的复杂区域。超大质量人马座A* 黑洞的存在，高暗物质密度和更高的重子密度能够产生非常高能的过程。事实上，高能伽马射线已经被不同的望远镜观测到，尽管它的起源还不清楚。在这项工作中，我们限制了可能的反质子通量分量与此信号。预期的次级天体物理反质子背景已经饱和了观测数据。这意味着任何其他重要的天体物理来源导致不一致的过量，因为与上述背景相对应的理论不确定性很小。约束条件取决于扩散模型和源的光谱特征。特别地，我们考虑由幂律，单色信号和标准模型粒子-反粒子通道产生描述的反质子谱。
2015-03-24 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Detection of a Gamma-Ray Source in the Galactic Center Consistent with Extended Emission from Dark Matter Annihilation and Concentrated Astrophysical Emission
我们表明存在一个统计上显着的，强大的检测银河系中心的伽马射线源，这是一致的空间扩展信号，使用约4年的费米-LAT数据。如果暗物质粒子的空间分布与仅模拟暗物质的预测相似，则伽马射线通量与具有热湮灭截面的暗物质粒子的湮灭一致。我们发现一个扩展的源与伽马射线光谱，这是一致的暗物质粒子质量约10 GeV至1 TeV湮灭的b/b-条夸克，质量约10 GeV至30 GeV湮灭的tau+ tau-轻子的统计显着的检测。然而，这种解释中允许的区域的一部分与费米观测银河系卫星的限制相冲突。最大的改进，只包括点源的拟合得到的30 GeV的暗物质粒子湮灭的b/b-巴夸克。伽马射线的强度和光谱也很好地符合发射毫秒脉冲星（MSP）人口的密度分布像在M31中观察到的低质量X射线双星。扩展发射的最大拟合优度与已知的天体物理源一致，如球状星团中的MSP或分子气体上的宇宙射线韧致辐射。因此，我们的结论是，大部分的排放可能是从一个未解决的或空间扩展的天体物理源。然而，目前还不能排除全部或部分扩展发射来自暗物质湮灭的有趣可能性。
2013-05-21 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Complementarity of Dark Matter Direct Detection Targets
我们调查的重建能力的暗物质质量和自旋无关的截面从未来吨级直接探测实验使用锗，氙或氩作为目标。采用将在5至10年内上线的暗物质实验的曝光量、能量阈值和分辨率的现实值，量化不同目标之间的互补程度。我们研究了控制局部暗物质密度和速度分布的天体物理参数的不确定性如何影响重建。对于一个50 GeV的WIMP，天体物理学的不确定性降低了质量重建的准确性，对于氙和锗，与天体物理学量固定的情况相比，最高可达$\sim 4$。然而，与单独的锗或氙相比，氩、锗和氙数据的组合使约束能力增加了$\sim 2$的因子。我们表明，未来的直接探测实验可以实现一些天体物理参数的自校准，他们将能够约束的WIMP质量只有很弱的外部天体物理约束。
2011-06-20 astro-ph.CO hep-ph
Cosmology and Astrophysics without Dark Energy and Dark Matter
我们表明，没有必要的假设暗能量（DE）和暗物质（DM）来解释归因于他们的现象。与过去十年的共识相反，我们证明了宇宙尺度因子的时间导数是一个常数。我们推导出哈勃参数H（z）作为红移z的函数。基于H（z），我们推导出距离模量与log（z）的曲线。这条曲线拟合超新星观测数据，没有任何自由参数。这种拟合与当前宇宙学所获得的拟合一样好，后者需要自由参数Omega_M和Omega_Lambda。利用哈勃球（HS）中的全球引力能量密度等于宇宙微波背景（CMB）能量密度这一迄今未被注意的事实，我们得到了这些结果。我们推导出了支配星系内和星系周围天体运动的动力学和运动学关系。这个推导不需要任何引力物质超过观察到的重子物质。由这些关系得到的理论旋转曲线（RC）与实测RC相吻合。我们通过研究星系周围的局部引力能量密度和宇宙微波背景能量密度之间的相互作用得到这些结果。这种相互作用导致星系周围的空间膨胀不均匀和各向异性。
2009-09-14 astro-ph.CO
Probing ultralight dark fields in cosmological and astrophysical systems
该论文以模型无关方式构建标量与矢量超轻暗场的经典有效场论，并研究其在非拓扑孤子、中子星及引力波等系统中的相互作用与探测途径。
2023-12-29 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Astrophysical uncertainties on direct detection experiments
直接探测实验准备探测以弱相互作用大质量粒子（WIMP）形式存在的暗物质。在这些实验中预期的信号取决于超本地WIMP密度和速度分布。首先，我们回顾了模拟暗物质分布的方法。然后讨论了局域暗物质密度、圆周速度和逃逸速度的观测测定以及类银河系暗物质晕的数值模拟结果。在每一种情况下，我们都强调了所做的不确定性和假设。然后，我们概述了在直接检测实验中预期的信号中产生的不确定性，特别是事件率的能量，时间和方向依赖性。最后，我们讨论的天体物理学的不确定性时，从直接探测实验解释数据的处理技术。
2012-01-10 astro-ph.CO hep-ph
Manifestations of dark matter and variations of fundamental constants in atoms and astrophysical phenomena
我们提出了一个概述的光玻色暗物质，包括轴子，赝标类轴子和标量暗物质，形成一个相干振荡的经典场或拓扑缺陷（孤子）的检测的最新进展。我们强调新的高精度的实验室和天体物理测量，其中所寻求的影响是线性的基础之间的相互作用强度的暗物质和普通物质，在传统的探测方案相比，暗物质，其中的影响是二次或更高阶的基础相互作用参数，是非常小的。新的地面实验包括用原子钟、光谱学、原子和固态磁力测量、扭摆、超冷中子和激光干涉测量进行测量。新的天体物理观测包括脉冲星定时、宇宙辐射透镜、大爆炸核合成和宇宙微波背景测量。我们还讨论了各种最近提出的机制，诱导缓慢的漂移，振荡变化和瞬态的时间变化的基本常数的性质由暗物质，这提供了一个更自然的方式产生宇宙学的演变的基本常数相比，传统的暗能量型理论，它调用（近）无质量的基础领域。因此，测量基本常数的变化为我们寻找暗物质提供了一种新的工具。
2015-09-03 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dark Matter in Cosmology
本文从宇宙学和天体物理学的角度综述了暗物质领域的主要理论和实验成果。我们重新审视它从第一次调查的地方天体物理物质，到严格的约束，从最后一次发布的宇宙尺度的数据来的物质属性。为了更接近和证明暗物质的想法，我们将讨论测量暗物质特性的方法和工具，在某些情况下，还将讨论为暗物质提供最直接证据的方法组合，例如子弹星系团。
2014-11-13 astro-ph.CO
Axion Gegenschein: Probing Back-scattering of Astrophysical Radio Sources Induced by Dark Matter
我们研究了一种新的技术，用于天体物理探测的轴子或类轴子粒子在银河系的暗物质晕的基础上受激衰变的轴子，我们称之为轴子盖根舍因发射。来自已知最亮的射电源的光子，其频率等于轴子质量的一半，在穿过暗物质晕传播时，会刺激轴子衰变，导致在轴子静止坐标系中与入射光子完全相反的方向上的无线电发射，并为每个射电源创建一个反源，图像被暗物质速度色散平滑。我们计算了天鹅座A的轴子盖根沙因反源（最亮的河外射电源）的通量，以及可以用SKA设置的轴子-光子耦合常数$g_{aγ}$的极限。我们发现这种方法是更强大的比以前的建议的基础上寻找附近的矮星系或银河系的轴子衰变的无线电发射。预测的极限仍然比QCD轴子模型的预测高得多，并且可以通过实验室搜索在具有类似于ADMX实验的强磁场的谐振腔中产生的无线电波来设置极限，尽管这种观察将直接测量通过星系晕的暗物质的柱密度，因此不受暗物质分布中可能的子结构的影响。
2020-08-06 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysical Constraints on the scale of Left-Right Symmetry in Inverse Seesaw Models
我们重新审视最近研究的超对称规范逆跷跷板模型（An et al.，2012年），以纳入天体物理约束最轻的超对称粒子（LSP）的寿命，使LSP构成宇宙的暗物质。An等人（2012年）的作者认为轻中微子LSP可以扮演非弹性暗物质（iDM）的角色，这样所需的iDM质量分裂和微小的马约拉纳中微子质量可以有一个共同的起源。在这里，我们考虑这个模型的一个广义版本，没有任何额外的离散对称性。我们指出，在一般的超对称规范反跷跷板模型中，由于R宇称$(R_p = (-1)^{3(B-L)+2s})$自发破缺，当引入规范对称性所允许的不可重正化算符后，LSP不可能是完全稳定的，而是衰变为标准模型粒子.我们表明，强烈的天体物理约束LSP寿命使sneutrino暗物质比标准的中性伴暗物质更自然。我们还表明，sneutrino暗物质的长寿命约束左右对称性破缺标度$M_R < 10^4 GeV$。
2012-10-01 astro-ph.CO hep-ph
Reconsidering astrophysical constraints on macroscopic dark matter
宏观暗物质--“宏”--指的是粒子暗物质的一大类替代候选者，其参数空间的区域仍然未被探测到。这些候选者将主要通过弹性散射以近似它们的几何横截面来传递能量。对于足够大的横截面，如果一个宏以热核逃逸的形式穿过白矮星或中子星等致密天体，分别导致IA型超新星或超级爆发，线性能量沉积可以产生可观测的信号。我们更新了白矮星的约束。这些在重要方面比以前推断的要弱，这是因为我们对宏观粒子穿过白矮星的过程进行了更仔细的处理，而且对必须加热才能启动逃逸的区域的大小采取了更保守的态度。另一方面，我们放置更严格的限制宏在低横截面，使用新的数据从蒙特利尔白矮星数据库。新的限制是从低质量X射线双星4U 1820-30推断出来的，在这颗双星中，连续的超级爆发之间相隔了十多年。更新的微透镜的限制也有报道。
2019-12-09 astro-ph.CO
TASI 2012 Lectures on Astrophysical Probes of Dark Matter
早期宇宙中的暗物质是如何产生的，与我们今天如何探测到它之间有什么联系？WIMP奇迹从何而来，它真的是一个“WIMP”奇迹吗？热遗迹的质量范围是多少？<σv>从何而来，又是什么意思？化学退耦和动力学退耦有什么区别？为什么有些人认为暗物质不可能轻于40 GeV？为什么b \bar b是一个如此受欢迎的湮灭终态？为什么反物质是寻找暗物质的好方法？为什么宇宙射线正电子分数应该随着能量而下降，而为什么不呢？如何计算天体中暗物质湮灭产生的中微子通量？什么时候中微子通量与暗物质对湮灭率无关？暗物质如何产生光子？阅读这些课堂笔记，做建议的10个练习，你会找到所有这些问题的答案（以及更多你一直想知道但又不敢问的关于暗物质的问题）。
2013-01-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Searching for Scalar Dark Matter in Atoms and Astrophysical Phenomena: Variation of Fundamental Constants
我们建议通过标量暗物质对电磁精细结构常数和粒子质量的影响来寻找标量暗物质。形成振荡经典场的标量暗物质产生“缓慢”的线性时间漂移和基本常数的振荡变化，而形成拓扑缺陷的标量暗物质产生自然常数的瞬态时间变化。这些变化可以用原子钟、激光干涉仪和脉冲星定时测量来寻找。原子光谱学和大爆炸核合成测量已经给出了标量暗物质与光子、电子和轻夸克的二次相互作用参数的改进边界，最高可达15个数量级，而大爆炸核合成测量首次提供了标量暗物质与大质量矢量玻色子的相互作用参数的约束。
2015-11-12 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Ultralight dark matter: constraints from gravitational waves and other astrophysical observations
紧双星系统的轨道周期损失是引力波存在的第一个间接证据，它与爱因斯坦广义相对论有很好的一致性。然而，从一般相对论预测中测量轨道周期损失的不确定性小于1%。行星近日点进动、引力光弯曲和夏皮罗延迟是对广义相对论的另外三个成功检验。虽然从一般相对论的预测中，这些观测的测量也存在不确定性。为了解决这些不确定性，我们假设辐射的超轻轴子和轻规范玻色子粒子的$L_i-L_j$类型的这些系统，可以是一个可能的候选人模糊暗物质。在这篇文章中，我们从这些天体物理观测中获得了新的物理参数的界。
2021-10-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
