Dark Stars: Död och Återuppståndelse
宇宙历史上恒星演化的第一阶段可能是暗星，由暗物质加热而不是聚变提供动力。弱相互作用的大质量粒子是它们自己的反粒子，它们可以湮灭，并为宇宙中的第一批恒星提供重要的热源。这篇文章和之前的文章介绍了暗星的故事。在第二部分中，我们描述了暗星的结构，并预言它们是非常大质量的（$\sim 800 M_\odot$）、冷的（6000 K）、明亮的（$\sim 10^6 L_\odot$）、长寿的（$\sim 10^6$年），以及可能是（否则无法解释的）超大质量黑洞的前兆。之后，一旦最初的暗物质燃料耗尽，聚变开始，如果散射截面足够强，暗物质湮灭可以再次占主导地位，这样一颗暗星就再次诞生了。
2009-01-28 astro-ph.CO
Dark Matter Halo Merger Histories Beyond Cold Dark Matter: I - Methods and Application to Warm Dark Matter
我们描述了一种方法来准确地计算晕质量函数，祖质量函数，合并率和合并树在非冷暗物质宇宙中使用的广义扩展Press-Schechter形式主义的自洽处理。我们的方法允许快速探索的subhalo人口的星系晕在暗物质模型与各种不同的粒子属性或宇宙滚动，截断，或更复杂的功率谱。我们做了详细的比较，解析推导的质量函数和合并的历史与最近的温暖暗物质宇宙学N体模拟，并找到很好的协议。我们表明，一旦吸积的平滑分布的物质占，粗粒度的统计数据，如质量吸积历史的晕可以几乎无法区分冷，暖暗物质的情况下。然而，晕质量函数和祖质量函数显着不同，与温暖的暗物质的情况下，被强烈抑制以下的自由流动尺度的暗物质。我们证明了使用正确的解决方案的漂移集障碍首次穿越分布在温暖的暗物质的重要性-如果一个平坦的障碍的解决方案，而不是使用的截断晕质量函数慢得多，导致高估的低质量晕的数量。
2012-10-07 astro-ph.CO
Molecular Chemistry for Dark Matter II: Recombination, Molecule Formation, and Halo Mass Function in Atomic Dark Matter
耗散暗物质预测了丰富的可观察现象，可以通过未来的大尺度结构调查来测试。作为一个具体的例子，我们研究原子暗物质，由一个重粒子和一个轻粒子在暗电磁下带电。特别地，我们计算了原子暗物质的宇宙学演化，着重于暗复合和暗分子的形成。我们通过重新调整正常氢的速率来获得相关的相互作用速率系数，并使用修改后的Recfast++（我们已在https：//github.com/jamesgurian/RecfastJulia上公开发布）来计算电离态、原子态和分子态的丰度。我们还提供了一个分析近似的最终丰度。然后，我们计算了原子暗物质对线性功率谱的影响，它通过暗光子扩散和暗声振荡进入。在形成时，原子暗物质模型抑制晕丰度的尺度小于扩散尺度，就像温暖的暗物质模型抑制丰度低于自由流动的规模。然而，随后的辐射冷却演化将进一步改变晕的质量函数。
2022-08-06 astro-ph.CO
Gravitational effects of condensate dark matter on compact stellar objects
研究了非自湮灭暗物质对致密恒星天体的引力效应。凝聚态暗物质的自相互作用可以使暗物质以很高的速率吸积到恒星上。当暗物质密度超过临界值时，发生了向凝聚态的相变。一个紧凑的简并暗物质核心的发展和改变的结构和稳定性的恒星物体。利用双流体TOV方程研究了中子星中的凝聚态暗物质。凝聚态暗物质的存在改变了中子星的质量-半径关系，降低了它们的最大重子质量和半径。讨论了高红移对伽马射线暴率的可能影响。
2012-10-05 astro-ph.CO
Dark matter model favoured by reionization data: 7 keV sterile neutrino vs cold dark matter
在银河系、仙女座星系和一些星系团中发现的3.5keV微弱窄发射线的一种可能解释是由7keV的惰性中微子组成的暗物质。这种无菌中微子暗物质的另一个特征可能是早期宇宙中更少的电离源（与标准的"冷暗物质"（CDM）场景相比），这应该会影响宇宙的再电离。利用再电离的半解析模型，比较了CDM模型和两种不同的7 keV无菌中微子暗物质模型（与3.5 keV谱线解释为衰变的暗物质谱线一致）与再电离时期的观测结果（包括普朗克天文台的电子散射光学厚度的最终测量结果）。我们发现CDM和7 keV的无菌中微子暗物质都很好地描述了这些数据。无菌中微子暗物质的总体拟合质量略好于CDM（使用$Δχ^2 \simeq 2-3$），尽管不可能根据给定的观测结果对这些模型进行可靠的区分。
2018-11-07 astro-ph.CO
Electroweak Axion as the Fuzzy Dark Matter -- A Proposal for the Mixed Fuzzy and Cold Dark Matters
电弱轴子与质量为$m\simeq 10^{-20}$ -- $10^{-19}\,{\rm eV}$的模糊暗物质相同。该模型预测了暗物质的两种成分，一种是超轻物质，另一种是类似WIMP的物质。预言了模糊暗物质与光子之间的Chern-Simons型相互作用和质子的$B+L$破缺衰变。
2022-11-29 astro-ph.CO hep-ph
Unifying dark matter, dark energy and inflation with a fuzzy dark fluid
标量场出现在许多宇宙学模型中，特别是为了解释暗能量和暴胀，但也是为了模拟暗物质。在本文中，我们表明，这是可能的标量场同时取代暗物质，暗能量和通货膨胀假设存在的非最小耦合到重力，墨西哥帽潜力，和自发对称性破缺前的通货膨胀。在暴胀之后，标量场表现得像一种暗流体，模仿暗能量和暗物质，并且具有类似于模糊暗物质的暗物质行为。
2020-07-10 astro-ph.CO hep-th
Sub-horizon evolution of cold dark matter perturbations through dark matter-dark energy equivalence epoch
考虑了一个由标准冷暗物质和一个具有常状态方程w和常有效声速的暗能量组成的晚期宇宙模型。忽略暗能量分量的涨落，我们得到了一个描述在暗物质-暗能量相等的时期中，视界下冷暗物质扰动演化的方程。我们探讨了它的解析解，并计算了一个精确的w依赖的修正的暗物质增长函数，对数增长函数和增长指数参数通过所考虑的历元。我们测试我们的解析近似的数值解，发现在感兴趣的时代，k =0的差异小于1%。
2014-07-17 astro-ph.CO gr-qc
Impact of semi-annihilations on dark matter phenomenology - an example of Z_N symmetric scalar dark matter
本文研究了半湮灭x_i x_j <->x_k X（其中x_i为任意暗物质，X为任意标准模型粒子）对暗物质唯象的影响.我们建立了一个包含一个额外的双重态和一个复杂的单重态的最小标量暗物质模型，预测了不同离散阿贝尔对称性Z_N，N>2下具有半湮灭过程的非平凡暗物质现象。我们实现了两个这样的例子模型与Z_3和Z_4对称的micrOMEGA和工作的现象。我们发现，这两个半湮灭和湮灭只涉及粒子从两个不同的暗物质部门显着修改这种类型的模型中的暗物质遗迹丰度。我们还研究了在这些模型中在XENON 100中直接检测暗物质的可能性。
2012-02-14 astro-ph.CO hep-ph
Linear scale bounds on dark matter--dark radiation interactions and connection with the small scale crisis of cold dark matter
现代宇宙学中的一个悬而未决的问题是冷暗物质范式的小尺度危机。越来越多的注意力最近致力于自相互作用的暗物质模型作为一个可能的答案。然而，解决所谓的“失踪卫星”问题还需要存在额外的相对论性粒子（称为暗辐射），与早期宇宙中的暗物质散射。在这里，我们调查的影响，不同的理论模型设计的暗物质暗辐射相互作用的大尺度宇宙学观测。我们使用宇宙微波背景数据，把约束的暗辐射成分和它的耦合到暗物质。我们发现，数据所允许的耦合值意味着一个截止尺度的晕质量函数与银河系中的卫星观测相匹配。
2017-06-26 astro-ph.CO hep-ph
A dark matter scaling relation from mirror dark matter
镜像暗物质和其他类似的耗散暗物质候选者需要一个能量源来稳定螺旋星系中的暗物质晕。以前曾有人提出，普通超新星可能提供所需的能量。通过将超新星提供给晕的能量与辐射冷却损失的能量相匹配，我们在这里导出了一个粗略的标度关系$R_{SN} \propto ρ_0 r_0^2$（$R_{SN}$是超新星速率，$ρ_0, \ r_0$是暗物质中心密度和核心半径）。这种关系与从晕质量大于$3\times 10^{11} M_\odot$的螺旋星系的研究中推断出的暗物质特性是一致的。我们推测，其他观测到的星系的星系团可能会解释这种耗散的暗物质的框架内。
2013-12-26 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological Dark Matter: a Review (the April Fool Edition)
在过去的几十年里，关于暗物质的存在和性质的证据不断积累。根据候选粒子的不同，暗物质可以呈现出几种宇宙学定义的模型之一：热暗物质、冷暗物质、暖暗物质、自相互作用暗物质和模糊暗物质。在本文中，我回顾了这些模型的相关性和地位，是否有可能为一个以上的这些模型，每个构成的暗物质的一部分，并讨论了确定这些模型中的任何一个是否可以成功地描述我们自己的宇宙的属性和演化的前景。
2020-04-09 astro-ph.CO hep-ph
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
Brief History of Ultra-light Scalar Dark Matter Models
本文简要回顾了标量场暗物质模型的发展历史，该模型也被称为模糊暗物质、BEC暗物质、波动暗物质或超轻轴子。在这个模型中，质量为$m = O(10^{-22})eV$的超轻标量暗物质粒子凝聚在一个单一的玻色-爱因斯坦凝聚体状态中，并且集体表现得像经典波。银河系的暗物质晕可以被描述为一种自引力相干标量场配置，称为玻色子星。在比星系大的尺度上，暗物质的行为类似于冷暗物质，而在比星系小的尺度上，不确定原理的量子压力抑制了更小结构的形成，从而解决了传统冷暗物质模型的小尺度危机。
2018-01-11 astro-ph.CO hep-th
Dark matter directional detection in non-relativistic effective theories
我们将暗物质定向探测的形式推广到任意的单体暗物质-核子相互作用。新的理论框架推广了目前所使用的理论框架，该框架仅基于两种类型的暗物质-核子相互作用。它包括14个暗物质-核子相互作用算符，8个同位素相关的核响应函数，以及暗物质速度分布前2阶矩的Radon变换。利用最近通过数值原子核结构计算得到的核响应函数，计算了由CF $_4$、CS $_2$和$^{3}$ He构成的暗物质定向探测器对14个暗物质-核子相互作用的反冲能谱.我们突出了新的功能，提出的理论框架，并提出了我们的球形暗物质晕和流的暗物质粒子的结果。该研究为暗物质定向探测实验的模型无关分析奠定了基础。
2015-05-24 astro-ph.CO hep-ph
Asymmetric WIMP dark matter
在现有的具有全局对称性的暗物质模型中，暗物质的残余丰度要么等于反暗物质（热WIMP）的残余丰度，要么大得多，基本上没有剩余的反暗物质（非对称暗物质）。通过探索耦合的暗物质和反暗物质玻尔兹曼方程的原始不对称性的后果，我们发现在这两个极端之间插值的参数空间的大区域。有趣的是，这种新的非对称WIMP框架可以容纳广泛的暗物质质量和湮灭截面。现今的暗物质数量通常是不对称的，但这种不对称性很弱，以至于暗物质湮灭的间接信号没有被完全抑制。我们将我们的结果应用于现有模型，并指出即将到来的直接检测实验将限制相关参数空间的大范围。
2011-08-03 astro-ph.CO hep-ph
Asymmetric Dark Matter from Leptogenesis
我们提出了一种新的实现的非对称暗物质，其中的暗物质和轻子的不对称性同时产生通过两个部门leptogenesis。右手中微子既与标准模型耦合，又与暗物质所在的隐藏扇区耦合。这个框架同时解释了轻子不对称性、暗物质丰度和中微子质量。与以前实现的不对称暗物质，该模型允许范围广泛的暗物质质量，从千电子伏到10 TeV。特别是，非常轻的暗物质可以在不违反实验限制的情况下被容纳。我们讨论了我们的模型，突出有趣的现象学的可能性的几个变种。其中之一是，晚期衰变重新填充了对称的暗物质成分，提供了一种新的机制，可以在当前时期产生大的湮灭率，并允许混合的暖/冷暗物质。在第二种情况下，暗物质与活跃的中微子混合，从而提出了一种独特的方法，通过稀薄生成来填充无菌中微子暗物质。在后期，振荡和暗物质衰变导致有趣的间接探测信号。
2011-02-14 astro-ph.CO hep-ph
A comprehensive analysis of the dark matter direct detection experiments in the mirror dark matter framework
镜像暗物质提供了一个框架来解释现有的暗物质直接探测实验。在这里，我们面对这个理论与最新的实验数据，注意各种已知的系统的不确定性，在淬火因子，探测器分辨率，银河系的旋转速度和速度色散。我们进行了详细的分析DAMA和CoGeNT实验假设一个可以忽略不计的通道分数，并发现数据可以完全解释内的镜像暗物质的框架。我们还表明，镜像暗物质候选人可以解释最近的数据从CDMS/Ge，EdelweissII和CRESSTII实验，我们指出的方法，在不久的将来，该理论可以进一步测试。
2010-08-04 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter profiles of SPARC galaxies: a challenge to fuzzy dark matter
本文用贝叶斯框架和模型比较分析SPARC星系旋转曲线，发现过半星系偏好模糊暗物质轮廓，但粒子质量无法用单一值拟合全部星系。
2022-07-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark sector unifications: dark matter-phantom energy, dark matter -- constant $w$ dark energy, dark matter-dark energy-dark matter
本文提出了一种新的方法，统一的暗物质和暗能量的宇宙流体。介绍了一个模型，其中宇宙流体声速平方被定义为状态方程（EoS）参数的函数。它示出了如何对数的一部分，这个函数的结果在动力学制度以前没有观察到的宇宙流体模型。结果表明，在一个特定的动力学制度的模型表现为统一的暗物质和幻影暗能量。此外，它表明，该模型可以描述暗物质-暗能量统一，其中暗能量渐近行为的暗能量与一个常数EoS参数大于-1。在特定的参数范围内，统一流体模型也再现了类似于$Λ$ CDM模型的全局扩展，其中流体声速对于小的标度因子值为零，并且对于大的标度因子值为小的，甚至为零。最后，它显示了如何该模型可能有助于描述宇宙流体暗物质-暗能量-暗物质统一。得到了产生这种瞬态暗能量行为的模型参数的物理约束。
2019-08-03 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Isospin conserving Dark Matter with isospin dependent interaction, and reconciliation of contrasting results from direct Dark Matter experiments
探讨了一个简单的暗物质（DM）模型，该模型与两个具有不同耦合强度的核子耦合而不违反同位旋守恒，作为保持实验数据分析尽可能独立于模型的重要性的一个例子。最近CRESST事件过剩和当前XENON100自旋无关（SI）排除之间的明显对比被证明是简单地不假设DM与两个核子的耦合是相等的。
2011-10-20 astro-ph.CO hep-ex
Effective description of dark matter self-interactions in small dark matter haloes
自相互作用的暗物质可能具有惊人的天体物理学特征，例如在合并的星系团中星系和暗物质之间可观察到的偏移。数值N体模拟用于预测这些观测值，通常将星系视为无碰撞的测试粒子，这是一个值得怀疑的假设，因为每个星系都嵌入在自己的暗物质晕中。为了使一个更准确的治疗，我们开发了一个有效的描述小暗物质晕考虑到两个主要的影响，由于暗物质自散射：减速和蒸发。我们指出，自散射可以有相当大的影响，星系的轨迹，减少星系和暗物质合并集群之间的分离。这种效应敏感地依赖于底层粒子物理，特别是自散射截面的角度依赖性，并且不能单独从动量传递截面预测。
2020-09-10 astro-ph.CO hep-ph
Originally Asymmetric Dark Matter
我们提出了一个费米子暗物质的方案，其中的暗物质粒子曾经是狄拉克费米子，但它采取的形式马约拉纳费米子在较晚的时间。当暗物质是狄拉克费米子时，暗物质的残留数密度由通过与稀薄发生相同的机制产生的暗物质不对称性决定。在有效的暗物质湮灭过程冻结之后，标量场发生相变，并产生马约拉纳质量项，将暗物质粒子变成马约拉纳费米子。为了详细描述这种情况，我们提出了两个简单的模型。第一种是基于标准模型（SM）规范群和暗物质起源于$SU(2)_L$二重态狄拉克费米子，类似于超对称模型中的类希格斯诺中性伴子。我们估计了这种晚期Majorana暗物质与质子的自旋独立/依赖弹性散射截面，并发现了在不久的将来通过直接和/或间接暗物质搜索实验发现它的可能性.第二个模型是基于$B-L$规范扩展的SM，其中的暗物质是SM单线态。虽然这个模型类似于所谓的希格斯门暗物质场景，但自旋无关的弹性散射截面可以足够大，以在未来的实验中检测到这种暗物质。
2012-09-28 astro-ph.CO hep-ph
Spin-Dependent Light Dark Matter Constraints from Mediators
针对自旋无关的暗物质散射，人们提出了一系列轻暗物质直接探测实验。为了做到详尽无遗，在WIMP窗口中研究的非标准特征，包括自旋相关的暗物质散射，也需要在光暗物质参数空间中进行研究。在这项工作中，我们促进这方面的努力，推导出间接限制子GeV自旋相关的暗物质通过地球和天体物理的限制调解这种散射的力量。
2019-05-10 astro-ph.CO hep-ph
Decay of multiple dark matter particles to dark radiation in different epochs does not alleviate the Hubble tension
衰变的冷暗物质（CDM）被认为是解决哈勃膨胀率和物质聚集之间紧张关系的一种机制。然而，宇宙微波背景（CMB）的偏振测量严重限制了暗物质在重组前的衰变比例，而大尺度结构对CMB各向异性的透镜效应对暗物质在重组后的衰变有很强的限制。总之，这些限制使得用衰减的暗物质来解释哈勃张力不太可能。针对这种情况，我们研究了一个暗物质系综与CDM粒子衰变成自由流动的暗辐射在不同的时代，可以缓解这个问题。我们发现它没有。
2022-04-25 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysical Constraints on Dark Matter
天体物理学为暗物质的存在提供了证据，并对其性质提出了限制。冷暗物质模型已经成为“标准”宇宙学与宇宙学常数的结合。有迹象表明，“冷”的暗物质可能比最初讨论的“热”。本文综述了暗物质冷/暖性质的主要信息。
2011-10-13 astro-ph.CO hep-ph
IceCube potential for detecting Q-ball dark matter in gauge mediation
我们研究规范介导的超对称破缺中的Q球暗物质，并寻求在冰立方实验中探测的可能性。我们发现Q球是不同于引力子暗物质的暗物质。特别是Q球是一个很好的低再加热温度的暗物质候选者，这可能适合于Affleck-Dine重子生成和/或非热稀薄生成。暗物质Q球可以在未来的IceCube实验中被探测到，这是与引力子暗物质相比的独特之处。
2015-05-21 astro-ph.CO hep-ph
Inverted dipole feature in directional detection of exothermic dark matter
定向暗物质探测试图测量原子核在与银河系晕中的暗物质粒子相互作用后反冲的运动方向。由于地球相对于银河系的运动，暗物质通量集中在一个优先方向。反冲方向速率的各向异性被认为是暗物质的一个明确无误的特征。平均核反冲方向预计与到达地球的暗物质粒子的平均方向一致。在这里，我们指出，对于一种特殊类型的暗物质，非弹性放热暗物质，平均反冲方向以及一个次要的功能，最大反冲率的环周围的平均反冲方向，而不是相反的平均暗物质到达方向。因此，探测到平均核反冲方向与通常预期的方向相反，将构成对这种类型的暗物质的壮观实验确认。
2016-11-06 astro-ph.CO hep-ph
How Dark Matter Came to Matter
暗物质问题的历史至少可以追溯到20世纪30年代，但直到20世纪70年代初，“缺失物质”问题才被广泛认为是有问题的。在后一时期，以前涉及质量缺失的单独问题被合并到一个单一的异常中。我们认为，仅仅提到一个简单的“证据的积累”是不足以理解这一事件。相反，宇宙学研究的兴起，伴随而来的对相对论的重新兴趣，以及20世纪60年代天文学人力分工的变化，是理解暗物质如何成为物质的关键。同时，这个故事也可能启发我们过去物理学和宇宙学实践的方法论维度。
2017-05-16 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
A New Direction in Dark-Matter Complementarity: Dark-Matter Decay as a Complementary Probe of Multi-Component Dark Sectors
在暗物质的单组分理论中，暗物质产生、湮灭和散射的$2\to 2$振幅可以通过各种交叉对称性相互关联。这些交叉关系是著名的互补性的核心，而互补性是现有不同暗物质搜索技术和策略的基础。相比之下，在暗物质的多组分理论中，可能有许多不同质量的不同暗物质组分。这就为暗物质的互补性开辟了一个新的“对角线”方向：暗物质从较重的成分衰变到较轻的暗物质成分的可能性。在这项工作中，我们讨论了这个新的方向可能与其他相关，并表明，增强互补性出现可以是一个重要的成分，在探测和约束参数空间的这种模型。
2015-02-13 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Modified Dark Matter: Relating Dark Energy, Dark Matter and Baryonic Matter
修正的暗物质（MDM）是受引力热力学启发而提出的暗物质的唯象模型。对于一个正宇宙学常数（$Λ$）的加速宇宙，这种唯象的考虑导致了与$Λ$相关的临界加速参数的出现。这种临界加速度是MDM的一种有效的唯象表现，在星系自转曲线中的暗物质和重子物质之间的相关性中可以发现。由此产生的MDM质量配置文件，这是敏感的$Λ$，与观测数据在银河系和集群尺度是一致的。特别是，相同的临界加速度出现在银河系和集群数据拟合的基础上MDM。此外，使用一些强大的定性参数，MDM似乎在宇宙尺度上工作得很好，即使定量研究仍然缺乏。最后，我们评论修改后的暗物质，这可能会导致新的非粒子唯象学，并可能解释为什么，到目前为止，暗物质检测实验未能检测到暗物质粒子的量子的某些非局部方面。
2017-09-13 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
The local dark matter distribution in self-interacting dark matter halos
在EAGLE流体动力学模拟中，我们研究了类银河系中暗物质自相互作用对局域暗物质分布的影响。这些模拟是用两种不同的自相互作用暗物质模型进行的，一种是恒定的，另一种是速度依赖的自相互作用截面。我们发现，在有暗物质自相互作用和重子的模拟中，类银河晕的局部暗物质速度分布与在有重子的无碰撞暗物质模拟中得到的结果基本相似.在这两种情况下，当地的暗物质的速度分布符合最佳拟合麦克斯韦分布。在有或没有暗物质自相互作用的模拟中包括重子增加了局部暗物质密度，并将暗物质速度分布向更高的速度移动。为了研究直接检测的影响，我们计算直接从模拟得到的暗物质晕积分，并将其与最佳拟合麦克斯韦速度分布得到的积分进行比较。我们发现，麦克斯韦分布提供了一个很好的适合大多数晕的晕积分，没有任何显着的差异，不同的暗物质自相互作用模型的结果。
2022-10-12 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Hidden Hot Dark Matter as Cold Dark Matter
我们发现，隐藏的热暗物质，隐藏的部门暗物质的相互作用，去耦时，它是相对论性的，是一个可行的暗物质候选人提供它从来没有在热平衡与粒子的标准模型。这种隐藏的热暗物质可能会重新加热到比可见宇宙更低的温度和数密度，因此，简单地用它的热丰度来解释宇宙中所有的暗物质，同时避开了结构形成对热暗物质的典型约束。我们发现质量范围从~3 keV到~10 TeV。虽然从未与标准模型平衡，但这类模型可能在物质功率谱中或通过与标准模型粒子的超弱相互作用具有独特的观测特征。
2009-12-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Directional Direct Detection of MeV Scale Boosted Dark Matter in Two Component Dark Matter Scenario via Dark Photon Interaction
本研究针对双组分暗物质模型中较重暗物质湮灭产生的MeV尺度助推轻暗物质，探索定向直接探测（如核乳胶探测器NEWSdm）的有效性，聚焦质子、碳等轻核靶，为探测常规方法无法覆盖的低质量暗物质参数空间提供新途径。
2025-04-17 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Massive graviton dark matter with environment dependent mass: A natural explanation of the dark matter-baryon ratio
我们提出了一个方案，可以自然地解释观察到的暗物质重子比的背景下，变色龙场的双度规理论。我们引入两个额外的引力自由度，大质量引力子和变色龙场，分别对应于暗物质和暗能量。变色龙场被假设为与暗物质非最小耦合，即，大质量引力子，通过引力子质量项。我们发现，由于变色龙场的能量转移，暗物质-重子比动态地调整到观测值。结果表明，该模型可以解释观测到的暗物质-重子比，而与它们的初始丰度无关。
2017-12-15 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A dark matter hail: Detecting macroscopic dark matter with asteroids, planetary rings, and craters
本文研究宏观暗物质与太阳系小天体的相互作用，通过分析其对小行星、行星环和类地天体的破坏、蒸发及陨石坑效应，在先前未约束的暗物质参数空间上设置了新的竞争性界限。
2025-08-21 astro-ph.CO astro-ph.EP hep-ph
Concentrated Dark Matter: Enhanced Small-scale Structure from Co-Decaying Dark Matter
我们研究的宇宙学后果的共同衰变的暗物质-最近提出的机制耗尽密度的暗物质通过衰变的近简并粒子。这个框架的一般预测是宇宙历史上早期暗物质占主导地位的阶段，这导致小尺度上暗物质扰动的增强增长。我们计算的早期物质占主导地位的阶段的持续时间，并表明，扰动是强大的对冲洗从自由流。增强的小尺度结构预计今天将以紧凑的微晕形式存在，并可能导致间接探测实验的显着提升因素，如FERMI，其中暗物质将作为点源出现。
2017-11-13 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Stable Bound States of Asymmetric Dark Matter
最简单的非对称暗物质束缚态的可重正化有效场论包含两个额外的规范单重场，一个是暗物质，另一个是暗物质湮灭成的介体粒子。我们研究这样一个模型的物理与狄拉克费米子的暗物质和一个真正的标量介体。在一定的参数范围内，暗物质与介质的汤川耦合产生稳定的非对称暗物质束缚态。我们推导出包括由$N\gg1$暗物质粒子形成的块金在内的束缚态的性质。我们还考虑了早期宇宙中束缚态的形成和暗物质束缚态的直接探测。我们的许多结果也适用于对称的暗物质。
2016-08-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Direct detection of boosted dark matter in two component dark matter scenario
本研究针对含隐藏$U(1)_D$对称性的双组分暗物质模型，探究银心重暗物质湮灭助推轻暗物质的探测问题，提出利用NEWSdm等定向直接探测实验检验该场景，算出5千克探测器年预期事例率最高达O(10)个。
2024-12-13 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Composite Dark Matter and Puzzles of Dark Matter Searches
DAMA/NaI和DAMA/LIBRA实验中暗物质搜索的积极结果，与其他小组的结果放在一起，可能意味着宇宙学暗物质的非平凡粒子物理解决方案。带-2电荷的稳定粒子，在O-氦“原子”（OHe）中与原始氦结合，代表了暗物质的一种特定的比冷的核相互作用形式。在地球物质中OHe的速度变慢，因此在低温实验中直接探测地下暗物质的方法是难以实现的。然而，在DAMA/NaI和DAMA/LIBRA实验中，Na和I核对OHe的辐射俘获会导致能量释放在2-5 keV区间内的年变化。
2010-03-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Constraining the interaction strength between dark matter and visible matter: II. scalar, vector and spin-3/2 dark matter
通过对暗物质遗迹密度的观测、CDMS和XENON的直接探测实验以及PAMELA对反质子质子比的间接探测，研究了标量、矢量和自旋3/2暗物质与标准模型粒子相互作用的约束条件.采用模型无关的方法，构造了6维的一般4粒子算符，研究了暗物质与标准模型粒子的有效相互作用.我们发现，从不同的实验的约束是互补的。这些约束条件之间的比较可能会排除一些有效的暗物质模型，并限制其他一些参数。与自旋无关的直接探测对某些算子有很强的约束，而反质子到质子数据的间接探测在某些情况下比直接探测或轻暗物质（其质量小于70 GeV）的遗迹密度更灵敏。自旋为3/2的暗物质的一些运营商的约束被证明是类似的狄拉克费米子暗物质的类似运营商。目前的暗物质直接和间接搜索实验中仍有一些操作员不敏感。
2012-01-07 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Gravitational Focusing of Wave Dark Matter
一个巨大的天体使局部的暗物质分布变形，导致局部的暗物质密度过高。这种现象通常被称为引力聚焦。在太阳系中，由于太阳的引力聚焦导致地面实验中暗物质信号的调制。我们考虑质量小于10 eV的轻玻色暗物质的引力聚焦。这种暗物质候选者的波动性质导致了局部超密度和光谱中的独特特征，这两者都可以通过实验相关。我们提供了一个形式主义，捕捉引力聚焦和波暗物质的随机性，特别注意粒子暗物质的相似性和差异。当暗物质的德布罗意波长变得与系统的大小相当或小于系统的大小时，和/或当暗物质的速度色散足够小时，观察到密度对比度和光谱中的独特图案。虽然引力聚焦效应对于松弛的晕暗物质成分通常保持在百分之几的水平，但对于暗物质子结构，它们可能要大得多。有几个动机良好的暗物质子结构，我们调查如何每个子结构响应太阳的引力势。讨论了波动暗物质与粒子暗物质行为相似的极限。
2022-04-02 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Unified description of dark energy and dark matter in mimetic matter model
宇宙学中暗物质和暗能量的存在被各种观测所暗示，然而，它们仍然不清楚，因为它们还没有被直接探测到。本文提出了一个暗能量和暗物质的统一模型，该模型可以解释宇宙在暴胀时代以后的演化历史、物质密度差增长率函数的时间演化、螺旋星系的平坦自转曲线以及太阳系的引力实验。
2016-10-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Cosmological abundance of primordial black holes in mixed dark matter scenarios incorporating Kaluza-Klein dark matter
Qufu Normal University（曲阜师范大学）
研究通过分析卡拉祖-克莱因暗物质与原初黑洞混合场景，首次推导出原初黑洞在暗物质湮灭中的宇宙学丰度上限。
2025-11-27 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Dynamical Dark Matter: II. An Explicit Model
在最近的一篇论文（arXiv：1106.4546）中，我们介绍了“动态暗物质”，这是一个新的暗物质物理学框架，并概述了其基本理论原理和现象学可能性。与大多数传统的暗物质问题的方法，假设存在一个或多个稳定的暗物质粒子，我们的动态暗物质框架的特点是，稳定性的要求被取代的宇宙学丰度和寿命之间的微妙的平衡，在一个巨大的合奏个别暗物质组件。因此，这种设置共同产生了随时间变化的宇宙学暗物质丰度，不同的暗物质成分可以在整个当前时期相互作用和衰变。虽然我们以前的文件的目标是介绍这个框架的广泛的理论方面，目前的文件的目的是提供一个明确的动力学暗物质模型，并证明该模型满足所有的对撞机，天体物理和宇宙学的约束。因此，本文的结果构成了我们的整体动态暗物质框架的现象学可行性的“存在证明”，并表明动态暗物质确实是一个可行的替代传统的暗物质物理学的范式。因此，动力学暗物质必须与其他研究暗物质问题的方法一起考虑，特别是在涉及大额外维度或弦论的情况下，其中存在大量在标准模型对称性下是中性的粒子。
2012-06-04 astro-ph.CO hep-ph hep-th
A model of light dark matter and dark radiation
我们提出了一个暗物质和暗辐射的模型，基于强耦合的暗${\rm SU}(5)$规范理论与基本和十重态暗夸克。该模型支持轻暗重子，尊重手征对称性，这是电中性的，但具有电磁形状因子，也是一个轻暗轴子。由于暗重子与标准模型粒子的耦合与禁闭尺度的平方成反比，暗重子会变成热的暗物质或冷的暗物质，这取决于暗物质的禁闭时间。对于禁闭尺度$Λ\sim 10-10^3~{\rm GeV}$，质量约为$ 1~{\rm GeV}-1~{\rm MeV}$的暗重子变成自然小磁矩的冷暗物质，并给出正确的残余丰度。
2020-11-12 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Testing Modified Dark Matter with Galaxy Clusters: Does Dark Matter know about the Cosmological Constant?
我们讨论的可能性，冷暗物质的质量分布包含信息的宇宙学常数，这样的信息约束冷暗物质（CDM）的性质。我们称这种方法为修正的暗物质（MDM）。特别是，我们研究的能力MDM解释观测到的质量分布的13个星系团。从引力热力学的一般参数，我们提供了一个理论上的理由，我们的MDM质量配置文件，并成功地比较它的NFW质量配置文件在集群和星系尺度。我们的研究结果表明，CDM质量分布确实包含信息的宇宙学常数在一个非平凡的方式。
2016-01-04 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Constraining the interaction strength between dark matter and visible matter: I. fermionic dark matter
本文通过对暗物质遗迹密度的观测、CDMS和XENON的直接探测实验以及PAMELA对反质子质子比的间接探测，研究了暗物质与标准模型粒子相互作用的约束条件。通过构造暗物质与标准模型粒子之间的有效相互作用算符，采用了与模型无关的研究方法。研究了最一般的4-费米子算符。我们发现，来自不同观测的约束是互补的。特别是自旋无关散射给出了非常强的约束相应的运营商。在某些情况下，反质子到质子数据的间接探测实际上比直接探测或轻暗物质（小于70 GeV）的遗迹密度更灵敏。
2011-09-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Discrimination of Dark Matter Mass and Velocity Distribution by Directional Detection
在大多数情况下，暗物质的速度分布被假定为各向同性，然而，在一些模拟中，各向异性被建议。对暗物质的定向直接探测是判别暗物质速度分布各向异性的一种有希望的方法。我们模拟了定向直接探测中的暗物质和目标散射，并研究了区分各向异性所需的条件。如果暗物质质量是已知的，如果暗物质质量是已知的其他实验的歧视，$O(10^3)-O(10^4)$事件是必需的。我们还研究了暗物质质量未知的情况，在分析中使用的反冲能和散射角数据，无论是暗物质质量和各向异性可以限制得更好，比只与他们的分析。
2020-03-31 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Dependence of Dark Matter - Electron Scattering on the Galactic Dark Matter Velocity Distribution
暗物质-电子散射的速率取决于暗物质晕的速度分布。重要的是，暗物质-电子散射对高速尾特别敏感，这在各种暗物质晕模型中有很大不同。在这项工作中，我们总结了领先的晕模型，并讨论了进入它们的各种参数。我们建议根据最近的研究和测量更新这些参数的值。此外，我们量化的暗物质-电子散射率的晕模型和参数的选择上的依赖性，并演示这些选择如何传播到预测的横截面限制。速率对圆速度v0的变化最敏感;在硅靶中，我们发现速率预测的变化范围可以从O（0.01%）到O（100%）（接触相互作用）和O（10%）到O（100%）（长程相互作用）。
2020-11-04 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Celestial Objects as Dark Matter Colliders
本研究探索银河系中心附近中子星通过暗物质-核子相互作用积累暗物质并产生中微子信号，结合实验限制在简化模型中建立截面约束，为暗物质与天体相互作用提供新见解。
2023-12-19 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Dark Matter = Modified Gravity? Scrutinising the spacetime-matter distinction through the modified gravity/ dark matter lens
本文通过修正引力和暗物质之间的争论来审视空间（时间）和物质之间严格的概念区分的可行性。特别是，我们认为Berezhiani和Khoury的小说“超流暗物质理论”（SFDM）的案例研究。两个家庭的标准是物质和时空，分别从文献中提取。根据这些标准对SFDM假设的新标量场的评估表明，它是任何可能存在的（暗）物质，但也是$-$，低于超流临界温度，$-$是任何可能存在的时空（的修改）。后续论文根据这一结果研究了SFDM的可能解释，以及我们理解修改后的重力/暗物质区别和更广泛的时空-物质区别（重要性）的后果。
2020-09-08 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Assessment of Dark Matter Models Using Dark Matter Correlations across Dwarf Spheroidal Galaxies
预测的暗物质子结构在千秒差距尺度的大小是依赖于模型。因此，如果通过观测测量出暗物质质量密度之间的相关性作为它们之间距离的函数，我们就可以仔细研究暗物质的情况。在本文中，我们提出了一个评估程序的暗物质的情况。首先，我们使用盖亚的数据来推断在天炉座矮球状星系的恒星的单体相空间密度。后者与Jeans方程一起，在使用泊松方程消除引力势之后，揭示了暗物质的质量密度作为其在星系中位置的函数。我们推导出了暗物质质量密度之间的相关性，作为它们之间距离的函数。未观察到统计学显著相关性。其次，为了与标准冷暗物质进行比较，我们还计算了Eagle流体动力学模拟的小晕中暗物质质量密度之间的相关性。我们表明，从模拟和盖亚的相关性是一致的。第三，我们表明，盖亚观测可以用来限制参数空间的金兹伯格-朗道统计场论的暗物质质量密度和随后收缩的参数空间的任何暗物质模型。作为两个例子，我们展示了如何留下限制（i）一个经典的气体暗物质和（ii）超流暗物质。
2022-08-01 astro-ph.CO astro-ph.GA cond-mat.other
Quintessence Dark Matter
针对观测提示的动力学暗物质及其与动力学暗能量共存信号，本文提出精质暗物质模型解释暗物质的宇宙时间演化，并指出指数精质可能是其起源。
2025-05-13 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
