从衰变暗物质中探测Gamma-Ray各向异性：费米LAT的前景

WMAP对衰变冷暗物质的约束

WMAP Constraints on Decaying Cold Dark Matter

我们重新表述了衰变冷暗物质模型中的宇宙学扰动，并计算了宇宙学微波背景（CMB）各向异性。通过将我们的理论预测与威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）最近的观测数据进行比较，我们得出了一个新的衰减暗物质粒子的丰度和寿命的界限。我们表明，单独的WMAP数据不倾向于衰变冷暗物质模型：在68% C. L.时，寿命被限制在Γ^{-1}> 123 Gyr。(52 95.4% C.L.时的陀螺仪）当冷的暗物质只由这种衰变粒子组成时。我们还考虑了一个更一般的情况，其中冷暗物质由稳定粒子和衰变粒子组成，并证明了在95.4% C. L.，当γ ^{-1} > 5 Gyr时，该约束推广到Ω_{DDM} h ^2 < -0.5（Gamma^{-1}/1 Gyr）^{-1}+0.12。这些边界是鲁棒的和广泛适用的，因为它们仅来自引力效应，因此不依赖于衰变通道或衰变产物的细节。

费米LAT暗物质弥散Gamma-Ray背景中的各向异性

Anisotropies in the Diffuse Gamma-Ray Background from Dark Matter with Fermi LAT: a closer look

我们进行了详细的研究各向同性伽马射线背景（IGRB）的费米大面积望远镜（Fermi-LAT）测量的各向异性相关的暗物质（DM）湮灭的灵敏度。这是第一次，我们考虑到银河前景的影响，并使用费米-LAT的现实表示。我们认为DM各向异性的银河系外的起源和银河系的起源（这可以通过在银河系的子结构湮灭产生），而不是背景的各向异性产生的天体物理起源的来源，耀变体，例如。我们发现，从5年的观测统计费米是敏感的DM贡献的水平上的热遗迹截面取决于DM质量和湮灭模式。用于DM搜索的各向异性方法具有与仅基于能谱的通常方法相当的灵敏度，因此在DM难题中构成了独立和互补的信息。（节略）

Late universe decaying dark matter can relieve the H_0 tension

We study the cosmological effects of two-body dark matter decays where the products of the decay include a massless and a massive particle. We show that if the massive daughter particle is slightly warm it is possible to relieve the tension between distance ladder measurements of the present day Hubble parameter with measurements from the cosmic microwave background.

Cosmological constraints on late-universe decaying dark matter as a solution to the $H_0$ tension

It has been suggested that late-universe dark matter decays can alleviate the tension between measurements of $H_0$ in the local universe and its value inferred from cosmic microwave background fluctuations. It has been suggested that decaying dark matter can potentially account for this discrepancy as it reshuffles the energy density between matter and radiation and as a result allows dark energy to become dominant at earlier times. In this work, we show that the low multipole amplitude of the cosmic microwave background anisotropy power spectrum severely constrains the feasibility of late-ti…

Late-time decaying dark matter: constraints and implications for the $H_0$-tension

We constrain and update the bounds on the life-time of a decaying dark matter model with a warm massive daughter particle using the most recent low-redshift probes. We use Supernovae Type-Ia, Baryon Acoustic Oscillations and the time delay measurements of gravitationally lensed quasars. These data sets are complemented by the early universe priors taken from the Cosmic Microwave background. For the maximum allowed fraction of the relativistic daughter particle, the updated bounds on the life-time are found to be $τ> 9\, \rm{Gyr}$ and $τ>11\,\rm{Gyr}$ at $95\%$ C.L., for the two-body and many-b…

在弥散gamma-ray背景中费米-LAT测量各向异性的暗物质意义

Dark Matter implications of Fermi-LAT measurement of anisotropies in the diffuse gamma-ray background

弥散伽马射线背景的详细起源仍然未知。然而，未解决的来源的贡献，预计会引起小规模的各向异性，在这种排放，这可能提供一种方法来识别和约束其贡献者的属性。最近的研究预测了河外和银河系暗物质湮灭或衰变对角功率谱的贡献。Fermi-LAT合作报告了在22个月的数据中，在1 GeV至10 GeV的能量范围内检测到显著性大于$3σ$的角功率[Ackermann等人，2012]。对于这些初步结果，将已经发表的Fermi-LAT APS测量结果[Ackermann et al. 2012]与[Fornasa et al. 2013]中提出的最先进宇宙学模拟对DM各向异性的准确预测进行比较，以得出对不同DM候选者的约束。

General Constraints on Dark Matter Decay from the Cosmic Microwave Background

Precise measurements of the temperature and polarization anisotropies of the cosmic microwave background can be used to constrain the annihilation and decay of dark matter. In this work, we demonstrate via principal component analysis that the imprint of dark matter decay on the cosmic microwave background can be approximately parameterized by a single number for any given dark matter model. We develop a simple prescription for computing this model-dependent detectability factor, and demonstrate how this approach can be used to set model-independent bounds on a large class of decaying dark mat…

IceCube neutrinos, decaying dark matter, and the Hubble constant

Cosmological parameters deduced from the Planck measurements of anisotropies in the cosmic microwave background are at some tension with direct astronomical measurements of various parameters at low redshifts. Very recently, it has been conjectured that this discrepancy can be reconciled if a certain fraction of dark matter is unstable and decays between recombination and the present epoch. Herein we show that if the superheavy relics have a branching into neutrinos B (X \to ν\bar ν) \sim 3 \times 10^{-9}, then this scenario can also accommodate the recently discovered extraterrestrial flux of…

利用14年Fermi-LAT数据从星系团约束衰变的极重暗物质

Constraining decaying very heavy dark matter from galaxy clusters with 14 year Fermi-LAT data

本研究利用7个近邻星系团的14年Fermi-LAT数据，考虑多种衰变道与电磁级联效应，采用Navarro-Frenk-White轮廓和轮廓似然法，在95%置信水平下给出了极重衰变暗物质寿命的下限，为相关间接探测提供了互补约束。

冷暗物质中的晚期衰变粒子--重τ中微子

Heavy Tau Neutrino as the Late Decaying Particle in the Cold Dark Matter Scenario

质量约为10 MeV的τ中微子可能是冷暗物质中形成宇宙结构的“晚期衰变粒子”。我们展示了如何实现这一点，特别是在最近提出的双峰Majoron模型。

弥漫gamma-ray背景中暗物质诱导的各向异性的表征

Characterization of Dark-Matter-induced anisotropies in the diffuse gamma-ray background

费米-LAT合作最近报告了在1至50 GeV之间的漫射伽马射线背景中检测到高于光子噪声水平的角功率。这样的信号可以用来限制来自暗物质诱导光子的可能贡献。我们估计的强度和角功率谱（APS）的潜在的暗物质（DM）的信号，为衰减和湮灭的DM候选人，通过构建模板的全天空伽玛射线图中产生的发射的星系晕及其子结构，以及在河外（子）晕。DM分布是由最先进的宇宙结构形成的N体模拟给出的，即银河系外（子）晕的千禧-II和星系晕及其子晕的宝瓶座。我们使用一种混合外推法来解释低于模拟分辨率极限的（子）结构，使我们能够估计到最小自约束晕质量的总发射。我们详细描述了我们的模板地图的APS中出现的功能，我们估计各种不确定性的影响，如最小晕质量的值，在晕中托管的子结构的分数和DM密度分布的形状。我们的研究结果表明，DM诱导的发射的波动APS是相同的顺序的费米-LAT APS，这表明人们可以从与测量的各向异性的比较约束这种假设的发射。我们还量化了影响我们的结果的不确定性，发现“理论误差带”跨越两个以上的数量级和占主导地位的（对于一个给定的粒子物理模型），我们缺乏知识的丰富的低质量（子）晕。

用Fermi LAT γ射线约束衰变暗物质

Constraining Decaying Dark Matter with Fermi LAT Gamma-rays

来自衰变中的暗物质的高能电子和正电子可以通过星际辐射场中的低能光子的逆康普顿产生显著的伽马射线通量。这种可能性是不可避免地与暗物质的解释所观察到的PAMELA和费米过剩。本文的目的是提供一个简单而通用的方法来约束暗物质模型，产生电子和正电子在其衰变使用费米LAT γ射线观测在0.5 GeV和300 GeV之间的能量范围。我们提供了一组通用的响应函数，一旦卷积与特定的暗物质模型产生所需的约束。我们的响应函数包含所有的天体物理输入，如电子在星系中的传播，暗物质配置文件，已知的起源，和费米LAT数据的伽马射线通量。我们研究的不确定性，在确定的响应函数，并将它们施加到一些特定的暗物质衰变模型，可以很好地拟合PAMELA和费米LAT观测到的正电子和电子通量的约束。为此，我们也考虑到即时辐射的暗物质衰变。我们发现，根据现有的数据，衰变的暗物质不能被排除为PAMELA正电子过剩的来源。

暗物质与晚衰变粒子的结构形成

Dark Matter and Structure Formation with Late Decaying Particles

由于很明显，宇宙结构形成的CDM模型预测的大尺度功率比观察到的要小，因此提出了许多替代方案。其中，后衰变粒子的存在可以通过推迟物质支配的开始，增加当时的视界长度来治愈它。我们讨论了这一方案的实现，并提出了轻中微子和轻轴子作为工作粒子物理模型的可能的例子。我们指出，这种情况下预测的亚星系尺度的能量增加可能导致丰富的亚星系结构。

晚期衰变的majoron暗物质的X射线光子

X-ray photons from late-decaying majoron dark matter

产生中微子质量的一个有吸引力的方法是考虑到当前的中微子振荡数据，包括轻子数的自发破缺。由于重力的作用，产生的majoron可能会获得质量。如果它的质量是在千伏级，那么majoron可以扮演后期衰变暗物质（LDDM）的角色，主要衰变为中微子。一般来说，majoron也有一个次显性衰变到两个光子，导致单能发射线，可以用作LDDM方案的测试。我们比较预期的光子发射率与观测，以获得模型独立的相关参数的限制。我们还说明了由此产生的灵敏度内明确的跷跷板实现，其中的majoron耦合到光子由于希格斯三重态的存在。

通过晚衰变标量场非热产生希格斯微子（Higgsino）暗物质

Non-thermal production of Higgsino dark matter by late-decaying scalar fields

本研究针对希格斯微子暗物质的非热产生问题，考虑最小超对称标准模型中最轻中性希格斯微子为最轻超对称粒子的设定，纳入共湮灭与索末菲效应计算晚衰变标量场产生的遗迹丰度，发现低再加热温度下轻质量希格斯微子可作为暗物质候选，并给出对应再加热温度与希格斯微子质量的函数关系。

衰变的暗物质：改进电流极限的星系团的堆积分析

Decaying dark matter: a stacking analysis of galaxy clusters to improve on current limits

我们表明，堆叠的方法，星系团可以提高当前的限制衰减暗物质的一个因素$\gtrsim 5-100$，相对于一个单一的源分析，如费米-LAT的全天仪器。基于迄今为止最大的X射线选择星系团样本（MCXC元目录），我们提供了所有的天体物理信息，特别是衰变暗物质的天体物理项，需要用现有的仪器进行分析。

Late decaying 2-component dark matter scenario as an explanation of the AMS-02 positron excess

The long standing anomaly in the positron flux as measured by the PAMELA and AMS-02 experiments could potentially be explained by dark matter (DM) annihilations. This scenario typically requires a large "boost factor" to be consistent with a thermal relic dark matter candidate produced via freeze-out. However, such an explanation is disfavored by constraints from CMB observations on energy deposition during the epoch of recombination. We discuss a scenario called late-decaying two-component dark matter (LD2DM), where the entire DM consists of two semi-degenerate species. Within this framework,…

中尺度后衰标量场暗物质的非热产生

Non-thermal Production of Dark Matter from Late-Decaying Scalar Field at Intermediate Scale

我们研究非热暗物质生产后期衰变的标量场，特别注意D=5的非重整化运营商，通过该标量场衰减到标准模型粒子和它们的超伙伴。我们表明，几乎相同数量的超粒子的粒子通常产生的衰变。为了避免引力子产生过剩的问题，衰变倾向于通过与中间截止尺度M << M_P的相互作用进行。轴子的玻色子超对称伙伴，即，Saxion被提出作为这种后期衰减的标量场的自然候选。我们发现在弱标度和轴子衰变常数F_A = O（10^{9-12}）GeV附近，对于质量为O（100）GeV的介子质量，可以得到适量的wino/higgsino暗物质.

衰变引力子暗物质的Cosmic Ray特征

Cosmic Ray Signatures from Decaying Gravitino Dark Matter

研究了三线性R宇称破坏超对称情形下引力子暗物质慢衰变产生的带电宇宙射线。结果表明，LLE型算子可以很好地解释PAMELA，ATIC和Fermi LAT报道的宇宙线电子和正电子数据中最近的异常，而不违反任何其他界限。这一设想将很快通过费米LAT的扩散伽马射线发射数据进行检验。

根据PAMELA和费米LAT数据研究暗物质的衰变

Decaying Dark Matter in Light of the PAMELA and Fermi LAT Data

最近，一系列测量高能宇宙射线的实验报告了高能电子和正电子过剩的强烈迹象。如果用暗物质粒子的衰变来解释，PAMELA测量的正电子分数和费米LAT测量的总电子加正电子通量将可能的衰变暗物质情景限制在少数情况下。通过分析不同的衰变通道，采用传统的扩散再加速模型来描述电子和正电子的背景通量，我们确定了一些有希望的暗物质衰变方案，并计算了河外扩散伽马射线通量的预测，包括星际辐射场的逆康普顿散射的贡献.

Sensitivity of full-sky experiments to large scale cosmic ray anisotropies

The two main advantages of space-based observation of extreme energy ($\gtrsim5\times10^{19}$ eV) cosmic rays (EECRs) over ground based observatories are the increased field of view and the full-sky coverage with nearly uniform systematics across the entire sky. The former guarantees increased statistics, whereas the latter enables a clean partitioning of the sky into spherical harmonics. The discovery of anisotropies would help to identify the long sought origin of EECRs. We begin an investigation of the reach of a full-sky space-based experiment such as EUSO to detect anisotropies in the ext…

Searching for SUSY and decaying gravitino DM at the LHC and Fermi-LAT with the $μν$SSM

The `$μ$ from $ν$' supersymmetric standard model ($μν$SSM) solves the $μ$ problem of supersymmetric models and reproduces neutrino data, simply using couplings with the three families of right-handed neutrinos $ν$'s. Novel signatures of supersymmetry at the LHC are expected through these new states, and couplings breaking $R$ parity. All supersymmetric particles are potential candidates for the lightest one, which is not stable leading to prompt or displaced vertices and producing final states with multi-leptons/taus/jets/photons and missing energy. Besides, a decaying gravitino turns out to b…

从一条暂定的Gamma-Ray线看暗物质的衰变与湮灭

Decaying vs Annihilating Dark Matter in Light of a Tentative Gamma-Ray Line

最近报道的费米-LAT数据中γ射线线的初步证据对于确定暗物质的性质具有很大的潜在意义。我们比较了衰变和湮灭暗物质的影响，考虑到从连续伽马射线，反质子通量和形态的过剩的约束。我们发现，希格西诺和维诺暗物质被排除在外，也为非热生产。一般来说，连续伽马射线通量严重限制了湮灭的暗物质。衰变的暗物质与费米-LAT过剩的空间分布的一致性需要银河系中心附近的暗物质密度的增强。

用费米LAT测量扩散gamma-ray背景中的各向异性

Anisotropies in the diffuse gamma-ray background measured by Fermi LAT

小的角尺度波动的（大尺度）各向同性伽马射线背景（IGRB）携带的信息，未解决的源类的存在。一个保证的贡献IGRB预计从未解决的伽马射线AGN，而其他河外源，银河系伽马射线源人口和暗物质银河系和河外结构（和子结构）的候选人的贡献者。IGRB是由费米伽马射线天文台上的大面积望远镜（LAT）以前所未有的精度测量的，这些数据被用于测量IGRB角功率谱（APS）。详细的蒙特卡罗模拟的费米-LAT全天空观测进行了比较的实际数据集获得的结果提供了一个参考。蒙特卡罗模拟也是一种对单个源总体的APS贡献进行详细研究的方法，这是识别实际IGRB贡献者所必需的。我们提出了在IGRB各向异性搜索的初步结果。在<2度的角标度（例如，在多极155之上），在每个能量箱中在1和10 GeV之间的能量处检测到高于光子噪声水平的角功率，其中统计显著性在7.2和4.1 σ之间。波动各向异性的能量非依赖性指向一个或多个未聚集的源布居的存在，而强度各向异性的能量依赖性与具有平均光子指数2.40 \pm 0.07的源布居一致。

来自邻近星系团的γ射线：对选定的衰变暗物质模型的限制

Gamma-rays from Nearby Clusters: Constraints on Selected Decaying Dark Matter Models

最近，费米-LAT合作报告了来自附近星系团的GeV伽马射线通量的上限。出于这些限制，我们研究了相应的约束γ射线发射从两个特定的衰变暗物质模型，一个通过大统一尺度抑制运营商和其他通过R-宇称违反运营商。两者都可以解释e^ \pm的PAMELA和费米LAT过剩。对于GUT衰变的暗物质，来自M49和天炉座星系团的伽马射线，能量在1到10 GeV之间，导致了迄今为止最严格的限制。因此，这种暗物质不符合传统的e^ \pm背景模型。此外，对于任何衰变的暗物质模型，只要采用传统的e^\pm背景模型，费米-LAT e^ \pm过剩和γ射线约束之间可能存在某种张力.尽管如此，大统一体衰变的暗物质仍然可以单独解释PAMELA正电子分数过剩，而不违反伽马射线约束。对于具有R-宇称破坏的引力子暗物质模型，星团观测没有给出严格的约束。这是因为采用了不同的e^ \pm背景，导致相对较轻的暗物质质量在200 GeV左右。

费米-LAT扩散gamma-ray测量对湮灭或衰变暗物质的影响

Implications of the Fermi-LAT diffuse gamma-ray measurements on annihilating or decaying Dark Matter

我们分析了最近发表的费米-LAT扩散γ射线测量的背景下，轻子湮灭或衰变的暗物质（DM）的目的是解释各向同性的扩散γ射线和PAMELA，费米和HESS（PFH）异常$e^\pm$数据。用PYTHIA产生五种不同的DM湮灭/衰变通道$2e$、$2μ$、$2τ$、$4e$或$4μ$（后两者通过中间轻粒子$ϕ$）。我们计算了银河系和河外的提示和逆康普顿（IC）的贡献所产生的伽马射线光谱。为了找到银河系IC光谱，我们使用最新版本的GALPROP星际辐射场模型。对于河外信号，我们表明，提示伽玛发射的幅度是非常敏感的河外背景光的假设模型。对于我们的银河系，我们使用Einasto，NFW和等温DM密度配置文件，并包括DM子结构的影响，假设一个简单的subhalo模型。我们的计算表明，对于湮灭DM的河外伽玛射线信号可以占主导地位，只有当相当极端的幂律浓度-质量关系$C(M)$是使用，而更现实的$C(M)$关系使河外的分量可比或次主导的银河信号。对于衰变的DM，银河信号总是超过河外信号。在零化DM的情况下，PFH的有利参数可以排除，只有当幂律$C(M)$关系假设。对于DM衰变为$2μ$或$4μ$的PFH青睐DM参数是不矛盾的费米伽玛射线数据。我们发现，由于（几乎）无特征的银河IC光谱和DM晕子结构，湮灭DM可能会得到一个很好的同时适合各向同性的扩散伽马射线和PFH $e^\pm$的数据没有明显的冲突与…

相互作用暗能量模型中的积分Sachs-Wolfe效应

The Integrated Sachs-Wolfe Effect in Interacting Dark Energy Models

宇宙学中提出了暗能量衰变为暗物质的模型来解决符合问题。我们研究了这种耦合对宇宙微波背景温度各向异性的影响。这种相互作用改变了度规势的演化速率、物质密度扰动的增长速率，并改变了宇宙微波背景温度各向异性的积分Sachs-Wolfe分量，增强了这种效应。星系表与CMB图的互相关提供了一个独立于模型的检验来约束相互作用。我们列举了我们的分析一个特定的相互作用模型，并表明星系目录的中值红移$z_m=0.1-0.9$可以排除模型的相互作用参数强度$c^2\simeq 0.1$优于99.95%的置信水平。$c^2\le 0.01$的值与数据是兼容的，并可能占暗能量的分数之间的差异来自WMAP 3年的数据和分数从ISW效应。通过这两种方法测量暗能量的分数可以提供相互作用的证据。

三体衰变暗物质的情况

The case for three-body decaying dark matter

费米-LAT证实了PAMELA观测到的宇宙正电子分数的过剩，这可以用星系中心的暗物质湮灭或衰变来解释。大多数现有的模型假设，暗物质湮灭或衰变到两个或四个轻子的最终状态，这将产生扩散的伽马射线辐射，与费米-LAT测量的数据相矛盾。我们指出，如果暗物质衰变到三体末态，其中有一对轻子和一个丢失的粒子，那么这种张力就可以得到缓解。使用goldstino衰变在某一类超对称理论作为一个主要的例子，我们证明，同时适合总e+ + e-和分数e+/e-通量费米-LAT和PAMELA可以实现2 TeV的母粒子和1 TeV的失踪粒子，而不受γ射线测量的约束。通过研究不同的有效运营商引起的暗物质衰变，我们表明，这一功能是通用的三体衰变暗物质包含一个失踪的粒子。本文还讨论了宇宙反质子谱对强子衰变宽度的限制。

通过U（1）混合和Fermi 130 GeV gamma-ray线的辐射衰变标量暗物质

Radiatively decaying scalar dark matter through U(1) mixings and the Fermi 130 GeV gamma-ray line

根据最近对Fermi-LAT 130 GeV γ射线谱线的观测，我们提出了一个标量暗物质在暗区的模型，暗物质可以衰变为两个（暗）光子。该过程是由环中的GUT尺度费米子辐射诱导的，该费米子在隐藏扇区U（1）下带电，并且动力学混合（$\sim εF^{μν}F'_{μν}$）使我们能够拟合费米LAT峰所需的衰变宽度。该模型不允许任何危险的衰变通道进入轻标准模型粒子。

二十面体群对称性中的轻子味模型和衰变暗物质

Lepton Flavor Model and Decaying Dark Matter in The Binary Icosahedral Group Symmetry

我们提出了一个新的味模型，该模型能很好地描述宇宙线中（衰变）暗物质的间接探测实验。我们不仅证明了A '_{5}对称性能一致地导出夸克和轻子的质量和混合，而且还得到了轻子扇区的一些预言。如果我们假设一个规范单重态费米子衰变的暗物质，它的衰变算符也受到这种对称性的约束，所以只有六维轻子衰变算符才允许达到六维拉格朗日。我们发现PAMELA和Fermi-LAT报道的宇宙线异常现象可以很好地解释为受A '_{5}味对称性控制的衰变暗物质引起的宇宙衰变。

解决宇宙Gamma Ray异常与暗物质衰变

Resolving Cosmic Gamma Ray Anomalies with Dark Matter Decaying Now

暗物质粒子不需要完全稳定，事实上它们现在可能正在衰变。我们考虑这种可能性的框架下的普遍额外的维度和超对称性与非常晚的衰变的WIMP的卡鲁扎-克莱因引力子和引力子。漫射光子背景是一种敏感的探测器，即使对于远大于宇宙年龄的生命周期也是如此。值得注意的是，所观察到的MeV伽马射线过剩的能谱和通量都可以自然地用MeV质量分裂的暗物质衰变来解释。未来对连续谱和线光子通量的观测将检验这一解释，并可能对宇宙学参数提供新的约束。

衰减重力

Decaying Gravity

本文讨论了标量-张量引力理论中标量场和物质场之间能量交换的可能性。这种交换提供了一种新的机制，可以驱动引力“常数”G的变化。我们找到了空间平坦的弗里德曼-罗伯斯顿-沃克宇宙学在这种情况下的演化的精确解，并讨论了他们的行为在早期和晚期。我们还考虑了这些模型的物理后果和观测约束。