Redshift-space streaming velocity effects on the Lyman-$α$ forest baryon acoustic oscillation scale
重子声学振荡（BAO）标度是测量宇宙学距离的标准标尺，因此成为宇宙膨胀历史的主要探测器。然而，任何改变尺子长度的物理效应都可能导致我们在确定距离和膨胀率时产生偏差。这些物理效应之一是流动速度，即早期宇宙中重子和暗物质之间的相对速度，由于它们在复合时共同起源于声波，因此与BAO标度耦合。在这项工作中，我们调查的流动速度上的莱曼- $α$森林自动功率谱，最近委托DESI摄谱仪使用的主要示踪剂之一的BAO功能的影响。为此，我们开发了一个新的微扰模型的莱曼- $α$通量密度对比度是完整的第二阶为一定的字段，并适用于任何红移空间示踪剂的结构，因为它是基于对称性的考虑。我们发现，有8个偏置系数通过二阶。我们发现流动速度引起的BAO标度的变化为0.081- 0.149%（横向）和0.053- 0.058%（径向），这取决于所使用的偏置系数的模型。这些误差小于DESI Lyman- $α$ BAO误差预算，但与之相比不可忽略，该误差预算在总规模上为0.46%。这些结果对我们选择的偏置参数的敏感性强调了未来的工作需要从模拟中测量高阶偏置系数，特别是对于DESI之外的未来实验。
2020-08-09 astro-ph.CO
The formation of massive black holes in z~30 dark matter haloes with large baryonic streaming velocities
红移z > 6的~10^9 Msun类星体超大质量黑洞（BH）的起源仍然是一个理论难题。一种可能性是，它们是由原始的、原子冷却的（温度T ~ 8000 K; PAC）气体的“直接坍缩”中形成的~10^5兆太阳质量的黑洞形成的，由于缺乏分子氢和金属，这些气体没有碎裂形成普通的恒星。我们提出重子流-宇宙重组中气体相对于暗物质的残余相对运动-为建立直接坍缩的必要条件提供了一种自然的机制。这种效应通过抑制气体进入暗物质晕而延迟了第一批恒星的形成;超过均方根值两倍的流速可以阻止恒星的形成，直到晕维里温度Tvir ~ 8000 K。由此产生的PAC气体可以通过文献中提出的任何机制继续形成大量的BH，以在没有紫外背景的情况下诱导直接坍缩。这种情况下产生的晕包含PAC气体的特征红移z ~ 30。它可以解释z = 6时最明亮的类星体的丰度，无论直接坍缩是否发生在几乎所有或不到1%的PAC晕中。
2014-01-07 astro-ph.CO
The critical dark matter halo mass for Population III star formation: dependence on Lyman-Werner radiation, baryon-dark matter streaming velocity, and redshift
第三星族恒星的临界暗物质晕质量（$M_{\rm crit}$）可以定义为典型的最小晕质量，它包含了第一颗恒星形成所需的足够冷的致密气体。Lyman-Werner（UV）辐射的存在，可以离解分子氢，以及重子-暗物质流动速度都通过增加$M_{\rm crit}$来延迟Pop III星的形成。在这项工作中，我们约束$M_{\rm crit}$作为莱曼-维尔纳通量（包括自屏蔽），重子-暗物质流，和红移的函数使用宇宙学模拟与大样本的晕，利用自适应网格细化（AMR）代码ENZO。我们提供了一个适合的$M_{\rm crit}$作为这些量的函数，我们希望是特别有用的早期星系形成的半解析模型。此外，我们发现：（i）在没有辐射或流的情况下，测得的$M_{\rm crit}$的红移依赖性是$(1+z)^{-1.58}$，与恒定维里温度一致;（ii）增加紫外背景会增加$M_{\rm crit}$，同时使红移依赖性变陡，直至$(1+z)^{-5.7}$ ;（iii）重子-暗物质流增强了$M_{\rm crit}$，但使对红移的依赖性变平;（iv）这两种效应的结合并不是简单的倍增。
2020-10-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Streaming velocities and the baryon-acoustic oscillation scale
在退耦时期，宇宙重子相对于暗物质具有超音速，在大尺度上是相干的。这些速度随后减缓了小尺度结构的生长，并通过反馈过程影响较大星系的形成。我们研究的星系关联函数，包括所有领先的顺序的贡献的第一次流动速度的效果。我们发现，对BAO峰的影响是显着增强（由一个因素~5）比以前的调查结果，由于平流的主要新效果：如果一个星系保留的原始流速度的记忆，它这样做，在其拉格朗日，而不是欧拉，位置。由于在BAO尺度上流速的相关性变化很快，这个平流项可能会导致观测到的BAO位置发生显著变化。如果流速影响示踪剂密度在1%的水平，相比线性偏差，恢复的BAO规模移动约0.5%。这种新的效果，这是需要保持伽利略不变性，大大增加了包括流动速度在分析即将到来的BAO测量的重要性，并打开了一个新的窗口，天体物理学的星系形成。
2016-02-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
The imprint of the relative velocity between baryons and dark matter on the 21-cm signal from reionization
重子在暗物质中的后复合流使重子在几个同向运动的Mpc尺度上一致地远离低质量（<10^6太阳质量）晕。有人认为，这将对再电离前后的21厘米信号产生很大影响，因为它提高了形成电离源所需的最小质量。使用半数值代码，我们表明，重子流效应对21厘米的信号在再电离（红移z约7-20）的影响强烈依赖于冷却的情况下假设恒星形成，以及相应的维里温度或质量在恒星形成。对于氢原子在10^4开尔文冷却的典型情况，恒星形成的最小质量远高于受重子流影响的晕的质量，并且现有的预测没有重大变化。对于分子氢冷却的情况下，我们发现，再电离延迟的红移约为2的变化，并发现在一个给定的电离分数在大的模式，更多的相对功率。然而，再电离的延迟是退化的天体物理学假设，如恒星的紫外光子的生产率。
2011-10-20 astro-ph.CO
The Abundance and Structure of Subhaloes near the Free Streaming Scale and Their Impact on Indirect Dark Matter Searches
暗物质粒子的自由流动运动在物质功率谱中留下了一个截止点，并设定了最小暗物质晕的尺度。最近的宇宙学$N$体模拟表明，在自由流尺度附近的晕中，中心密度尖点比更大质量的晕中要陡得多。在这里，我们研究的丰度和结构的subhaloes附近的自由流标度在非常高的红移使用一套前所未有的大宇宙学$N$体模拟，在很宽的范围内的主机晕质量。的subhalo丰度被抑制强烈低于自由流动的规模，但subhalo质量函数之间的比率，在截止和没有截止模拟是很好地拟合由一个单一的校正函数，无论主机晕质量和红移。在subhaloes，中央的斜坡是相当浅，比在现场晕，但是，仍然比NFW的配置文件陡峭。与此相反，在晕下的浓度明显大于晕，并取决于晕下的质量。我们比较了两种方法外推的质量浓度关系的晕和subhaloes z=0，并提供了一个新的简单的拟合函数subhaloes，一套大的宇宙学$N$体模拟的基础上。最后，我们估计湮没助推因子的牛奶路大小的晕是1.8和6.2之间。
2020-01-09 astro-ph.CO
Warm and Fuzzy Dark Matter: Free Streaming of Wave Dark Matter
本文研究以相对论性波数产生的波暗物质（如暴胀后轴子）的自由流效应，类比暖/热暗物质，指出其增强抑制、影响等曲率涨落，且观测影响因动量分布而异。
2025-09-10 astro-ph.CO hep-ph
How Density Environment Changes the Influence of the Dark Matter-Baryon Streaming Velocity on the Cosmological Structure Formation
我们研究了暗物质和重子流体之间的相对速度的动力学效应，重子流体在复合后仍保持超音速。这种超音速运动对宇宙结构形成的影响首先由Tseliakhovich & Hirata（2010）根据小尺度波动耦合到平均密度区域中大尺度相对速度的线性理论来阐述。在他们的形式主义中，他们将大尺度密度环境限制为全球平均密度环境。我们通过允许密度环境和相对速度的变化来改进它们的配方。这导致了大尺度和小尺度模式之间的新型耦合。我们发现小尺度涨落的增长是有偏差的：在过密环境中增长较快，在欠密环境中增长较慢。我们还发现，对密度波动的全球功率谱的净效应是从Tseliakhovich & Hirata（2010）的预测中提高其整体振幅。相应地，宇宙晕的条件质量函数和晕偏置参数也受到类似的影响。我们的预测与Tseliakhovich和Hirata（2010）的预测之间的差异是显着的，因此相关的宇宙学和高红移天体物理学应该重新审视。本研究的数学形式可用于生成宇宙学初始条件的小尺度扰动的一般，过密（欠密）背景补丁。
2016-08-03 astro-ph.CO
A Model-Insensitive Baryon Acoustic Oscillation Feature in the 21 cm Signal from Reionization
我们研究了重子-暗物质相对速度对星系际小尺度结构和再电离过程中21 cm信号的影响。在星系际介质（IGM）中，流速降低了质量尺度为$\sim 10^4 - 10^8$ M $_{\odot}$的聚集。这种效应在波数为$k\sim 0.1$ h/Mpc的21 cm功率谱中产生了一个明显的重子声学振荡（BAO）特征，在此附近即将进行的调查将是最敏感的。相对于恒星形成的流动速度的高度不确定性的影响，对聚集的影响受到更好的约束，因为它主要是由宇宙学和简单的气体动力学设定的。我们量化后者使用耦合的辐射流体动力学模拟，捕捉预再电离气体的金斯尺度。在具有RMS流动速度的区域中，电离气体的聚团因子减小了5- 10%.抑制峰$\approx 5$ Myr后，一个地区是再电离，但消失在200 Myr内，由于压力平滑。我们对21 cm信号的相应影响进行了建模，发现BAO特征最有可能出现在$\approx$ 10 \%电离时。在此阶段，该特征可能出现在$k \sim 0.1 (0.06)$ h/Mpc的1 \%（5 \%）水平，其幅度在一系列再电离历史中以$< 10$的因子变化。我们还提供了一个模型的信号源于流速度的电离源的影响，这可以改变4个数量级，这取决于高度不确定的源属性。我们发现，除非在$10^6 - 10^8$ M $_{\odot}$晕中的第III星族恒星形成对前10%的再电离有显著贡献，否则…
2020-08-16 astro-ph.CO
First Structure Formation under the Influence of Gas-Dark Matter Streaming Velocity and Density: Impact of the Baryons-trace-dark matter Approximation
重子和暗物质之间的流动对第一结构的影响已被最近的研究积极探索。我们调查的关键结果是如何受到两个流行的近似。一种是在模拟初始化时，假设“重子在空间上跟踪暗物质“，只考虑相对运动来实现流。这忽略了在初始化之前发生的对气体密度的平滑。在我们的模拟初始化在$z_i=200$，它高估了高达40\%的气体密度功率谱在$k\approx10^2~h~\mbox{Mpc}^{-1}$在$z=20$。晕质量（$M_h$）和晕中重子分数（$f_{b,h}$）也被高估，但两者之间的关系保持不变。另一个测试的近似是人为地放大宇宙平均密度中的密度/速度波动，以模拟在过密区域形成的第一个微晕。这给了一个头开始晕生长，而随后的增长是类似的平均密度。另一方面，在一个真正的过密区域中，生长是逐渐加速的。例如，将$σ_8$提高50%有效地改变了晕质量增长历史中的$z\rightarrow\sqrt{1.5}z$，而在2- $σ$过密度中，增长被红移常数$z\rightarrow{z+4.8}$加速。结果，在$z\approx27$之前，前者的晕生长得比后者多，而在$z\approx27$之后，反之亦然。在这些情况下，$f_{b,h}$ - $M_h$关系也未发生变化，表明给定$M_h$的Pop III形成率对测试的近似值不敏感。
2020-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on Dark Matter-Baryon Scattering from the Temperature Evolution of the Intergalactic Medium
星系际介质（IGM）的热演化可以作为宇宙学热源和热汇的灵敏探针。我们用它来限制暗物质和重子之间的相互作用。在再电离之后，IGM温度由光加热和绝热冷却之间的平衡来设定。我们使用测量的IGM温度从莱曼- $α$ -森林的数据来约束横截面$σ$之间的暗物质和重子，发现$σ< 10^{-20}$厘米$^2$的暗物质质量$m_χ\leq 1$ GeV。这提供了在红移$z\sim5$处的暗物质和重子之间的散射的第一个直接约束。
2017-11-14 astro-ph.CO
Non-Baryonic Dark Matter in Cosmology
本文是对非重子暗物质研究现状的宽带综述。首先回顾了暗物质存在的证据，然后讨论了暗物质如何从小尺度到大尺度分布，最后讨论了暗物质的性质：暗物质候选者及其探测。最后，我讨论了$Λ$ CDM模型的一些局限性，特别强调了范式的小规模问题。
2013-05-01 astro-ph.CO
First estimate of the local value of the baryonic streaming velocity
一些研究表明，重子和暗物质之间的相对流速（SV）对结构的形成有影响。这是第一次，我们限制了本地值的SV在银河系的形成。我们用半解析模型A-SLOTH模拟了类银河星系的形成过程。卡特彼勒模拟的暗物质合并树在质量和时间上的高分辨率使得能够精确地模拟高红移下最小祖晕中的恒星形成。A-SLOTH的高效半分析性质允许我们使用各种本地SV值运行许多模拟。我们对SV影响的研究表明，它延迟了高红移的恒星形成。然而，在红移z=0时，SV对银河系及其卫星的总恒星质量没有影响。我们发现，极端贫金属和超贫金属的恒星的SV的影响，因此可以用来限制其本地值。SV的局部最优值是$v_\mathrm{SV} =1.75^{+0.13}_{-0.28}\,σ_\mathrm{SV}$，它基于四个独立的可观测量。我们进一步发现，SV减少了明亮的银河系卫星的数量，但这种减少不足以解决卫星丢失的问题。
2023-03-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Free streaming of warm wave dark matter in modified expansion histories
本研究利用莱曼-α森林观测约束超轻波暗物质参数空间，并评估三种修正膨胀历史对其自由流效应的影响。
2025-06-20 astro-ph.CO hep-ph
On cosmological signatures of baryons-dark energy elastic couplings
我们考虑了一个暗能量和重子在没有任何能量转移的情况下动态耦合的情况。在这种情况下，背景宇宙学是不受影响的，在微扰水平，耦合只出现通过相应的暗能量和重子的欧拉方程。然后，我们探讨了这种情况下的一些现象学后果和他们的签名在几个宇宙学观测。特别是，我们展示了它抑制宇宙结构生长的能力。我们还约束模型的参数与宇宙学数据，并表明，暗能量与重子的相互作用在宇宙学尺度上是温和的青睐。
2020-05-12 astro-ph.CO
More accurate simulations with separate initial conditions for baryons and dark matter
我们重新审视重子和冷暗物质的宇宙学模拟技术时，每种流体有不同的初始条件，是在辐射时代结束的情况下。大多数模拟都不能再现冷暗物质和重子微扰之间差异的线性预测。我们发现，这是由于在设置粒子初始条件时通常使用偏移规则网格。通过对重子粒子使用拉格朗日玻璃，可以在不损失模拟分辨率的情况下获得正确的行为。我们进一步表明，冷暗物质和重子之间的差异可能会影响预测的莱曼α森林通量功率谱在5%的水平，可能会影响目前的宇宙学约束。
2020-05-29 astro-ph.CO
Probing the effects of primordial black holes on 21-cm EDGES signal along with interacting dark energy and dark matter - baryon scattering
21厘米射电信号已成为研究宇宙黑暗时代（复合到再电离）的重要探针。在目前的分析中，我们探讨了原始黑洞（PBH），冷却的重子物质由于暗物质（DM）-重子碰撞和暗物质-暗能量（DE）流体的相互作用对21厘米的亮度温度的综合影响。亮温的变化对DM质量（$m_χ$）和暗物质-重子散射截面（$σ_0$）有显著的依赖性。对于不同的可能PBH质量和不同的相互作用暗能量（IDE）模型，得到了$m_χ$ - $σ_0$参数空间的界。这些界限估计的基础上观察到的过剩（$-500^{+200}_{-500}$ mK）的21厘米亮度温度的边缘实验。最后，对不同的暗物质质量值和不同的IDE模型耦合参数的PBH质量的界限也得到了。IDE模型的约束条件的兼容性，在估计的界限也解决了。
2021-11-01 astro-ph.CO
The diverse density profiles of galaxy clusters with self-interacting dark matter plus baryons
我们首次模拟了具有自相互作用暗物质和重子物理的星系团（M_200 > 10 ^14 Msun）。它们在暗物质和恒星密度剖面上表现出比无碰撞暗物质（CDM）模拟中的对应物更大的多样性，CDM是由暗物质自相互作用和重子物理之间复杂的相互作用产生的。尽管在形成历史的变化，我们表明，分析牛仔裤模型预测的SIDM密度分布非常好，和不同的性质的晕可以理解的不同的最终重子分布。
2018-02-22 astro-ph.CO
Heating of Baryons due to Scattering with Dark Matter During the Dark Ages
我们探讨了在黑暗时代的21厘米信号的暗物质和重子之间的弹性散射的影响。特别是，我们考虑了一个暗物质-重子相互作用的$σ= σ_0 v^{-4}$的形式的横截面，在这种情况下的暗物质和重子流体之间的阻力的影响增长与时间。我们发现，与以前认为的相反，这种效应由于暗物质和重子之间的相对速度而加热了重子。这产生了额外的波动源，这可能使相互作用更容易通过21厘米测量而不是通过使用宇宙微波背景和莱曼- $α$森林来检测。我们的预测表明，通过下一代实验，可以探测到$σ_0\sim 3\times 10^{-42}$ cm $^2$（对于$m_χ\ll 1$ GeV）和$σ_0\sim 2 \times 10^{-41}\ (m_χ/10\, \rm GeV)$ cm $^2$（对于$m_χ\gg 1$ GeV），并通过未来实验改进为$σ_0\sim 4\times 10^{-44}$ cm $^2$（对于$m_χ \ll 1$ GeV）和$σ_0\sim 4 \times 10^{-43}\ (m_χ/10\, \rm GeV)$ cm $^2$（对于$m_χ\gg 1$ GeV）。
2015-10-12 astro-ph.CO
Variation of the baryon-to-photon ratio due to decay of dark matter particles
研究了不同宇宙学时期暗物质粒子衰变对重子光子比的影响。我们考虑了暗物质粒子的不同参数值，如质量，寿命，暗物质粒子的相对分数。结果表明，对于质量为10 GeV $÷$ 1 TeV的粒子，暗物质密度$Ω_{\rm CDM}=0.26$的现代值足以导致重子光子比的变化达到$Δη/ η\sim 0.01 ÷1$.然而，这种过程也可能伴随着过量伽马射线通量的出现。利用弥散γ射线背景的观测数据对暗物质衰变模型和重子光子比$Δη/η\lesssim10^{-5}$的最大可能变化进行了约束。在未来的宇宙学实验中探测到这种重子密度的变化，可以作为研究暗物质粒子性质的有力手段。
2015-07-02 astro-ph.CO
The effect of Primordial Black Holes and streaming motions on structure formation
原始黑洞可能是宇宙中暗物质的重要组成部分。如果它们存在，它们会在物质功率谱中增加一个泊松分量。额外的能量将加速暗物质晕的出现，为第一批恒星和星系的形成埋下种子。Kashlinsky（2021）提出，额外的速度涨落会加速重子落入暗物质势阱。我们分析了原初黑洞对重子从复合到再电离的坍缩的影响，发现修正是Tseliakhovich \& Hirata（2010）首次发现的功率抑制的百分之几。然而，除了额外的功率，这种校正的动力学效应加速了质量范围为$10^4-10^{5-6}$ M $_\odot$的晕的形成，同时略微减少了质量范围为$10^6-10^8$ M $_\odot$的晕的形成，这证实了早期的分析估计和最近的数值模拟结果。
2022-09-30 astro-ph.CO
Warm dark matter chills out: constraints on the halo mass function and the free-streaming length of dark matter with 8 quadruple-image strong gravitational lenses
暗物质的自由流长度取决于基本的暗物质物理，并决定了亚星系尺度上暗物质晕的丰度和浓度。利用八个四倍像的类星体的像位置和通量比，我们约束了暗物质的自由流长度和次晕质量函数（SHMF）的振幅。我们模拟了主偏转器下晕和沿视线的晕，并考虑了暖暗物质（WDM）自由流对质量函数和质量浓度关系的影响。通过使用一组模拟晕校准SHMF与宿主晕质量和红移的标度，我们推断出SHMF的全球归一化。我们占有限大小的背景源，并边缘化的主要偏转器的质量配置文件。参数化暗物质自由流通过半模质量$m_{\rm{hm}}$，我们约束热遗迹粒子质量$m_{\rm{DM}}$对应于$m_{\rm{hm}}$。在$95 \%$ CI：$m_{\rm{hm}} < 10^{7.8} M_{\odot}$（$m_{\rm{DM}} > 5.2 \ \rm{keV}$）。相对于后验分布的峰值，我们不支持似然比分别为7：1和30：1的$m_{\rm{DM}} = 4.0 \rm{keV}$和$ m_{\rm{DM}} = 3.0 \rm{keV}$。假设冷的暗物质，我们约束的投影质量之间的子结构$10^6 - 10^{9} M_{\odot}$近透镜图像。在$68 \%$ CI处，我们推断出对应于平均投影质量分数$\bar{f}_{\rm{sub}} = 0.035_{-0.017}^{+0.021}$的$2.0 - 6.1 \ti…
2019-11-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Relative velocity of dark matter and baryonic fluids and the formation of the first structures
在复合的时候，重子和光子退耦，重子流体中的声速从相对论速度下降到氢原子的热速度。这小于通过线性微扰理论计算的重子和暗物质的相对速度，因此我们推断，相对于由暗物质产生的潜在势阱，存在重子的超音速相干流。因此，大尺度速度流对小尺度扰动（在重子金斯尺度附近）的平流对第一重子结构的形成是重要的。这种效应在宇宙学扰动理论方程中包含一个二次项，因此没有被包括在基于线性微扰理论的研究中。我们发现，相对运动抑制的丰度的第一绑定对象，即使只调查暗物质晕，并导致其空间分布的质的变化，如引入尺度依赖的偏见和随机性。我们讨论了高红移星系团簇和再电离的可能观测到的影响。
2010-10-18 astro-ph.CO
Probing Interacting Dark Energy and Scattering of Baryons with Dark Matter in Light of EDGES 21cm Signal
EDGES实验观测到中性氢原子（HI）在宇宙黎明期21厘米吸收线（$z \simeq 17.2$）亮温$T_{21}$存在一个过剩谷（$-500^{+200}_{-500}$ mK）。我们考虑了暗物质和暗能量流体的相互作用以及重子物质与暗物质的碰撞冷却来解释观测到的$T_{21}$过剩谷。我们利用三种不同的暗物质-暗能量（DM-DE）相互作用模型来尝试这些模型在解释EDGES结果中的可行性。哈勃参数的演化被DM-DE相互作用修正，这也是在这项工作中解决的。这反过来又影响HI 21 cm的光学深度以及重子温度，从而影响$T_{21}$的亮度温度。此外，我们还发现，DM-DE相互作用使我们能够探索暗物质与不同的质量制度和他们的生活能力方面，满足EDGES结果。
2021-03-15 astro-ph.CO
Globular Clusters and Streaming Velocities: Testing the new formation channel in high-resolution cosmological simulations
球状星团的形成及其与暗物质分布的关系长期以来一直困扰着天文学家。最近提出的一个球状星团形成通道将古老的星团与早期宇宙中相对于暗物质的重子大规模流动速度联系起来。这些流动速度影响全球的重子进入暗物质晕，高红移晕质量函数，和最早的几代恒星。在某些情况下，流动速度可能会导致无暗物质气体的密集区域变得不稳定，可能导致致密星团的形成。我们调查这一假设使用宇宙学流体动力学模拟，包括一个完整的化学网络和H $_2$的形成和破坏，一个过程的第一批恒星的形成至关重要。我们发现，在具有显著流动速度的区域（约占宇宙的1%）中的高密度气体确实与暗物质晕的中心有一定的偏移，但这种偏移通常明显小于维里半径。在我们的模拟中，暗物质晕之外的气体永远不会达到琼斯不稳定的密度。我们假设，第三族超新星的低水平（$Z \approx 10^{-3}\,Z_{\odot}$）金属富集可能会使维里外区域冷却，使暗物质晕外的气体冷却到CMB温度，并变得不稳定。后续的模拟，包括流动速度和第三族超新星的金属富集，需要了解流动速度是否为早期宇宙中球状星团的形成提供了一条路径。
2021-08-18 astro-ph.CO astro-ph.GA
Probing Dark matter-Baryon Interaction with S301--the Fastest Known Star in the Milky Way
Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）
本研究利用银河系最快恒星S301的极端轨道特性，通过计算暗物质-质子散射的能量沉积，证明其可作为探测暗物质-重子相互作用的灵敏探针。
2026-09-09 astro-ph.CO
Making (dark matter) waves: Untangling wave interference for multi-streaming dark matter
研究证明单个半经典波函数可描述冷暗物质经典动力学，通过积分形式理清多流波干涉，分离涡度与速度弥散等相空间信息，为宇宙网尺度探测波动暗物质提供新方法。
2022-09-06 astro-ph.CO hep-th
Hierarchical Formation of Dark Matter Halos and the Free Streaming Scale
最小的暗物质晕首先在早期宇宙中形成。根据最近的研究，这些晕的中心密度尖点比像$ρ\propto r^{-(1.5-1.3)}$这样的更大的晕和尺度要陡得多。我们目前的结果非常大的宇宙学$N$体模拟的层次形成和演化的晕在很宽的质量范围内，从最小的晕的形成。我们证实了早期的研究，即在自由流动尺度下，内密度尖点在晕中更陡峭。尖点斜率随着晕质量的增加而逐渐变浅。质量比最小晕大50倍的晕的斜率约为$-1.3$。内坡与崩塌期之间没有很强的相关性。在自由流尺度之上的晕的尖点斜率似乎主要由于主要的合并过程而减小。在目前的宇宙中，估计的浓度预计为$60-70$，与理论模型和早期的模拟一致，并排除了简单的幂律质量浓度关系。微晕可能仍然存在于目前的宇宙中，具有相同的陡峭密度分布。
2014-05-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cosmological constraints on the velocity-dependent baryon-dark matter coupling
利用普朗克微波宇宙微波背景辐射（CMB）和斯隆数字巡天（SDSS）Lyman- $α$ forest数据，给出了MeV以下暗物质质量的重子-暗物质相互作用截面的宇宙学约束.为了探索暗物质质量$m_χ\lesssim 1$ MeV的暗物质的自由流效应可以抑制可观察到的小尺度密度波动，除了存在重子-暗物质耦合的声振荡阻尼，我们应用类似于传统的暖暗物质的近似处理暗物质的自由流。我们还证明了重子-暗物质横截面边界的质量依赖性（对于暗物质质量下降到$m_χ \sim 5~{\rm keV}$），相反，暗物质质量独立的横截面约束的光暗物质在以前的文献中声称的MeV尺度以下。
2019-02-03 astro-ph.CO hep-ph
The Lyman-$α$ forest as a diagnostic of the nature of the dark matter
观测到的莱曼- $α$通量功率谱（FPS）在低于$\sim~ 30~{\rm km~s}^{-1}$的尺度上受到抑制.这种截止可能是由于吸收气体的高温$T_0$和高压$p_0$，或者，它可以反映早期宇宙中暗物质粒子的自由流动。我们进行了一组非常高分辨率的宇宙学流体动力学模拟，其中我们改变$T_0$，$p_0$和暗物质自由流的振幅，并比较模拟光谱的FPS的数据。我们发现，暗物质自由流截止尺度的位置与红移不同，比热效应产生的截止，并在更高的红移更明显。因此，我们将重点放在与在$z>5$观察到的FPS的比较上。我们证明，FPS截止可以假设冷暗物质，但它也可以同样很好地假设，由$\sim 7$千电子伏的无菌中微子的暗物质，在这种情况下，截止主要是由于暗物质自由流。
2019-08-07 astro-ph.CO hep-ph
Generation of WIMP Miracle-like Densities of Baryons and Dark Matter
观测到的暗物质的密度与热遗迹弱相互作用大质量粒子（WIMP）的预期密度相当。此外，观测到的重子密度与暗物质密度在一个数量级之内。这表明重子密度与典型的热遗迹WIMP暗物质密度有物理联系。我们提出了一个模型，同时产生的重子和暗物质通过修改一个大的初始重子不对称的热遗迹WIMP的密度。在大型强子对撞机上产生携带重子数的不稳定标量将是该模型的一个明确标志。
2012-01-15 astro-ph.CO hep-ph
Non-standard baryon-dark matter interactions
在总结了冷暗物质（CDM）和修正牛顿动力学（MOND）范式在不同恒星系统中各自的优点后，我们研究了在螺旋星系中，重子物质和暗物质之间的非标准相互作用是否可以在河外尺度上重现CDM的成功，同时使重子物质有效地服从MOND场方程。
2009-06-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gravitational focusing effects on streaming dark matter as a new detection concept
Messiah University（梅西亚大学）；University of Patras（帕特雷大学）；University of Manchester（曼彻斯特大学）
本研究提出将太阳与地球对暗物质流的引力聚焦效应作为新探测思路，发现该效应会产生每日重复、持续约10秒的瞬态通量增强信号，为暗物质探测提供了新方向。
2023-12-05 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.IM
Comparable dark matter and baryon abundances with a heavy dark sector
我们提出了一个解释暗物质（DM）和重子的丰度相当的方案，没有任何相应的粒子质量的巧合。在这里，DM对应于隐藏的MSSM类暗扇区中的重“暗重子”，其中超对称性破缺尺度可以比可见扇区大几个数量级。在这两个扇区中，通过阿弗莱克-戴恩机制产生重子不对称性，较小的暗重子熵比部分补偿较大的暗重子质量，使两个扇区的密度相似。庞大的群众阶层也自然导致这些被隔离的部门不对称的再加热。此外，这种情况下预测不相关的DM和重子等曲率扰动。
2022-11-18 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark Matter as a weakly coupled Dark Baryon
暗物质可能是一种新的约束规范相互作用的偶然稳定重子。我们扩展了以前的研究探索的可能性，DM是由暗夸克比暗禁闭规模更重。由此产生的现象学包含了新的不寻常的元素：一个两阶段的DM宇宙学（冻结后的暗凝聚），一个大的DM湮灭截面通过重组的暗夸克（允许适合的正电子过剩）。亮暗胶球的寿命相对较长，并产生额外的宇宙学效应; DM本身可以保持放射性。
2017-10-26 astro-ph.CO hep-ph
Balancing asymmetric dark matter with baryon asymmetry and dilution of frozen dark matter by sphaleron transition
本文研究了电弱裂子跃迁或电弱相变（EWPT）在平衡重子过剩对$4^{th}$代过剩稳定夸克中的作用。考虑到所有量子数和电荷守恒，重子、轻子和$4^{th}$族轻子、夸克之间的sphaleron跃迁是可能的。在二阶EWPT框架下，我们试图建立一种可能的确定性关系，即$4^{th}$族过剩值与重子不对称性之间的关系。在路过的时候，我们显示了小的，但可以忽略不计的稀释预先存在的暗物质密度由于sphaleron过渡。
2021-06-22 astro-ph.CO hep-ph
Simultaneous Generation of WIMP Miracle-like Densities of Baryons and Dark Matter
观测到的暗物质的密度与热遗迹弱相互作用大质量粒子（WIMP）的预期密度相当。此外，观测到的重子密度与暗物质密度在一个数量级之内。这表明重子密度与典型的热遗迹WIMP暗物质密度有物理联系。我们提出了一个模型，同时产生的重子和暗物质通过修改一个大的初始重子不对称的热遗迹WIMP的密度。暗物质是由O（TeV）色标量湮灭产生的O（100）GeV规范单重标量产生的，这些标量是导致最终的热WIMP类重子不对称性的原因。没有重子洗出的要求意味着存在两个规范单重标量。如果长寿命的O（TeV）色标量具有大的超荷（|Y| > 4/3），则可以理解这种不对称性向常规重子的低温转移。在大型强子对撞机上产生这样的标量将是该模型的一个明显标志。
2015-03-05 astro-ph.CO hep-ph
Shape and Spin of Minihaloes. II: The Effect of Streaming Velocities
重子和光子在复合时期的退耦模型预测了重子和暗物质之间在后来的时间存在大规模的速度偏移，即所谓的流动速度。在本文中，我们使用高分辨率的数值模拟研究这种流动速度的影响，高红移的迷你晕，最早一代恒星的形成地点的自旋和形状分布。我们发现，存在的流动速度有一个可以忽略不计的影响的自旋和形状的暗物质组成部分的小晕。然而，它强烈影响气体组分的行为。最可能的自旋参数从没有流时的$\sim$ 0.03增加到流速度为$σ_{\rm rms}$ 3倍时的$\sim$ 0.15，对应于红移$z=15$时的$^{-1}{}$为1.4 km\，s。随着流动速度的增加，小晕内的气体变得越来越不像球形，而变得更扁，在离晕中心更远的地方发现了密集的团块。流动速度的影响也与质量有关：质量较小的物体受到的影响更大，因为它们的势阱较浅。随着流动速度的增加，发生气体冷却和失控引力坍缩的晕的数量显著减少。然而，设法冷却和坍缩的气体的自旋和形状分布对流动速度的值不敏感，因此我们不期望由这种坍缩气体形成的恒星的性质取决于流动速度的值。这个中心气体团的自旋和形状与在整个晕尺度上测量的相同性质无关。
2020-08-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Massive Population III Galaxies Near a GN-z11 Analog: The Role of the Baryon-Dark Matter Streaming Velocity
University of Toledo（托莱多大学）；Columbia University（哥伦比亚大学）
本研究通过半解析模型与N体模拟，发现靠近GN-z11类似体的高密度区域存在晚期形成的第三星族星系，其形成受重子-暗物质流速度显著影响，高流速度可促进此类星系出现，并可能孕育重型黑洞种子。
2026-09-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Hylogenesis: A Unified Origin for Baryonic Visible Matter and Antibaryonic Dark Matter
我们提出了一种新的机制，产生重子和宇宙的暗物质密度。一个携带守恒重子数电荷的新狄拉克费米子X耦合到标准模型夸克和一个GeV尺度的隐藏扇区。X的CP破坏衰变，在低温再加热中产生的非热衰变，将反重子数隔离在隐藏的扇区中，从而在可见扇区中留下多余的重子。反重子隐藏态是稳定的暗物质。这种机制的一个引人注目的特征是暗物质的重子破坏非弹性散射，它可以以与核子衰变搜索相关的可观的速率湮灭重子。
2010-08-30 astro-ph.CO hep-ph
Revisiting the gravitino dark matter and baryon asymmetry from Q-ball decay in gauge mediation
我们重新研究了规范介导超对称破缺中Q球的衰变可以自然解释重子和引力子暗物质的数量的假设。配备了更正确的衰变到引力子和重子最近得出的速度，我们发现，从Q球衰变引力子暗物质的直接生产的情况下自然工作。
2013-09-30 astro-ph.CO hep-ph
Two mysterious universal dark matter-baryon relations in galaxies and galaxy clusters
从20世纪70年代开始，人们发现了一些暗物质和重子之间的关系，如塔利-费舍尔关系。然而，在星系中发现的许多关系与在星系团中发现的关系大不相同。在这里，我们报告了两个新的神秘的宇宙关系连接暗物质和重子在两个星系和星系团。第一个关系表明，在“维里区域”内，星系或星系团的总动力学质量$M_{500}$与其重子总质量$M_b$之间存在幂律关系：$M_{500} \propto M_b^a$，其中有$a \approx 3/4$。第二个关系式表明，在中心重子区（$M_d \propto M_b$）内，星系和星系团的封闭动力学质量$M_d$几乎与重子质量成正比。两个星系和星系团中暗物质和重子之间的密切关系表明，除了引力之外，暗物质和重子之间可能存在着某种未知的相互作用。
2022-12-02 astro-ph.CO astro-ph.GA
Baryoid Dark Matter from $\mathbb{Z}_N$ Domain Walls: The $(N-1):1$ origin of the dark matter-baryon coincidence
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）
通过Z_N域墙坍缩产生baryoid，解释暗物质与重子的巧合，提出(N-1):1的比值机制，计算域墙动力学及重子数捕获效率。
2026-09-11 astro-ph.CO hep-ph
Exodus: Hidden origin of dark matter and baryons
本文提出了一个新的框架来解释重子和暗物质遗迹密度Ω_{DM} \approx 5Ω_B的邻近性。该方案假设所观察到的暗物质态的数密度是由于同时产生重子不对称性的第二个隐藏扇区的衰变而产生的。与非对称暗物质模型相反，暗物质可以是一个真正的标量或马约拉纳费米子，因此呈现出独特的现象学。我们讨论在这个框架中的模型构建和一般约束方面。我们提出了一个简单的超对称实现这种机制，并表明它可以用来获得正确的暗物质遗迹密度的双LSP。
2014-07-25 astro-ph.CO hep-ph
Interference with Gravitational Instability: Hot and Fuzzy Dark Matter
该研究针对高动量模糊暗物质的干涉特性，建立波动微扰理论并结合Schrödinger-Poisson模拟验证，揭示其引力不稳定性规律，阐明其与热暗物质的相似性及对宇宙学结构的独特影响。
2025-09-04 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter, Baryon Asymmetry, and Spontaneous B and L Breaking
我们在一个简单的理论中研究了暗物质和宇宙学重子不对称性，其中重子（B）和轻子（L）数是自发破缺的局域规范对称性。在这个模型中，冷暗物质候选者是重子数最轻的新场，它的稳定性是规范对称性的自动结果。暗物质湮灭要么通过质量必须低于TeV的疏轻子规范玻色子，要么通过希格斯玻色子。由于疏轻子规范玻色子的质量必须低于TeV标度，我们发现在第一种情况下，弹性截面的下限约为5 × 10 ^{-46} cm ^2。即使重子数是可测量的，并且在弱标度之前不会自发破缺，但宇宙学上可接受的重子过剩是可能的。在获得测量的重子过剩和暗物质密度之间存在着张力。
2010-09-29 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter-Baryon Separability Predicts the Dynamics of an Almost-Dark Galaxy
Vanderbilt University（范德堡大学）；Harvard University（哈佛大学）
本文扩展暗物质-重子可分离性框架，以近暗星系TTT J1237327+143535为例，推导动力学一致性关系，并联系球状星团与潮汐性质，为暗物质缺乏与重子耗尽系统提供统一描述与检验。
2026-09-11 astro-ph.CO gr-qc
BDM Dark Matter: CDM with a core profile and a free streaming scale
提出了一种新的暗物质模型BDM，它是热暗物质HDM和冷暗物质CDM的混合体，其中BDM粒子在能量标度E_c以上表现为HDM，在能量标度E_c以下表现为CDM.结构形成的演化与CDM模型相似，但BDM预言了一个非零的自由流lfs尺度和一个星系内核半径rcore，这两个量都由一个单一的参数E_c确定，它对应于次级基本粒子模型的相变能量尺度。当能量高于E_c或比例因子a小于a_c，且a<a_c< a_{eq}时，粒子无质量，并以辐射形式红移。然而，一旦能量变为E \leq E_c或a>a_c，那么BDM粒子通过非微扰机制获得大质量，就像重子一样，并且随着粒子具有消失的速度而发生rho红移。典型的能量为E_c=O（10-100）eV，给出l_fs \propto E_c^{-4/3} \lesssim Mpc和m_fs \propto E_c^{-4} \lesssim 10^9 M \odot。l_fs \neq 0，r_core \neq 0有助于解决CDM的一些缺点，如CDM晕中过多的亚结构以及对矮球状和LSB星系旋转曲线的数值拟合。最后，我们的BDM模型和相变尺度E_c可以从粒子物理学中导出。
2009-08-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
DALI sensitivity to streaming axion dark matter
The Institute of Physical and Chemical Research (RIKEN)（理化学研究所）；Instituto de Astrofísica de Canarias（加那利天体物理学研究所）；Universidad de La Laguna（拉古纳大学）；Messiah University（弥赛亚大学）；University of Patras（帕特雷大学）
本文探讨了DALI实验检测由轴子构成的细粒度流体暗物质流的潜力，分析了其在不同质量范围内的灵敏度。
2024-04-22 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
A universal constant for dark matter-baryon interplay
最近的研究指出，暗物质存在着一些粗略的标度关系，暗物质与重子之间存在着紧密的联系。但是，大部分的关系和紧密联系只能在星系中找到，而不能在星系团中找到。在这篇文章中，我们考虑了一个新的表达式，它可以在银河系和星系团尺度下描述暗物质-重子相互作用的性质。利用星系和星系团的观测资料，证明了在光学半径$r_o$内，$K=\bar{n}_D \bar{n}_Br_oV/v^4$几乎是一个常数，且与尺度无关，其中$\bar{n}_D$是平均暗物质数密度，$\bar{n}_B$是平均重子数密度，$v$是特征速度，$V$是相互作用体积.这将是暗物质和重子在星系和星系团尺度上的第一个普遍关系。我们期望这一结果是一个起点，以解释小尺度问题和星系中的暗物质的标度关系。发现的$K$常数可能揭示了暗物质和重子之间的一些潜在的全球相互作用。
2019-04-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark Matter Assimilation into the Baryon Asymmetry
纯单线态通常不适合作为暗物质的候选者，因为它们通常具有比观测值更大的热残余丰度。在本文中，我们提出了一种新的称为“同化”的暗物质机制，它利用宇宙的重子不对称性来产生正确的单重态暗物质遗迹丰度。通过同化，暗物质本身被有效地摧毁，但暗物质数被储存在新的准稳定重态中，这些态携带重子不对称性。这些重态随后的湮灭和后期衰变产生了（对称的）暗物质和（不对称的）标准模型重子。我们详细研究了纯双暗物质的情况下，通过增加最小超对称标准模型与矢量状手征多重态。在这种机制有效的参数范围内，LHC可以发现负责吸收暗物质的长寿命带电粒子。
2012-03-07 astro-ph.CO hep-ph
Decaying spin-3/2 dark matter from baryon number violation
School of Theoretical Physics, Dublin Institute for Advanced Studies（都柏林高级研究所理论物理学院）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）
研究非超对称自旋3/2暗物质与质子数违反相互作用，通过有效场论揭示其主导质子数通量，并探讨其在间接探测、直接探测和LHC单喷注限制中的互补性。
2026-05-07 astro-ph.CO hep-ph
Search for axions in streaming dark matter
提出了一种新的探测难以捉摸的暗物质（DM）轴子的搜索策略。这个想法是基于DM轴子的流动，由于引力透镜，其通量可能会在时间上大大增强。如果太阳或某些行星（包括月球）沿着向地球传播的DM流的方向被发现，就会发生这种情况。对轴子晕圈仪的实验要求是宽带性能和快速轴子静止质量扫描模式相结合，这是可行的。一旦这两个条件都在晕圈镜中实现，轴子搜索几乎可以像以前一样寄生地继续下去。有趣的是，一些新的DM轴子探测器在默认情况下工作在宽带。为了不错过潜在的短持续时间信号的实际上不可预测的定时，需要协调的轴子天线的网络，优选地分布在世界范围内。这里给出的关于轴子的推理在某种程度上也适用于任何其他DM候选者，如WIMP。
2017-03-04 astro-ph.CO astro-ph.IM physics.ins-det
Dark matter from dark energy-baryonic matter couplings
我们提出了一个方案，其中标量场暗能量耦合到重子物质场的能量动量张量的轨迹。在慢卷状态下，这种相互作用可以产生暗物质的宇宙学特征。我们利用Union 2超新星数据集计算了宇宙学背景解，并拟合了模型的参数。然后，我们将宇宙学扰动发展到线性阶，发现微扰变量具有可接受的行为，特别是在适当选择耦合强度参数的情况下，重子物质的密度衬度与$Λ$ CDM模型中的密度衬度相似.
2011-01-05 astro-ph.CO gr-qc
