Dark matter astrophysical uncertainties and the neutrino floor
通过直接探测寻找弱相互作用大质量粒子（WIMPs）面临着中微子-核相干散射的背景干扰。对于给定的WIMP质量，中微子构成主导背景的截面取决于来自太阳、超新星或大气宇宙线碰撞的每个中微子源通量的不确定性。然而，对于预测的WIMP信号的天体物理成分也有相当大的不确定性。太阳相对于银河系暗物质晕的速度、WIMP的局部密度以及WIMP速度分布的形状都对直接探测实验中预期的事件率有影响，因此将改变中微子是重要背景的WIMP参数空间的区域。在这项工作中，我们扩展了WIMP+中微子分析占的不确定性的天体物理依赖的WIMP信号。我们展示了不确定性对预测发现极限的影响，重点是低WIMP质量（小于10 GeV）时，太阳中微子背景是最重要的。我们发现，对天体物理不确定性的解释改变了作为WIMP质量函数的中微子底的形状，但也导致它出现在更大数量级的截面上，非常接近现有的实验极限--这表明中微子背景将比之前想象的更早成为一个问题。我们还探讨了中微子如何阻碍WIMP参数的估计，以及天体物理学的不确定性如何影响WIMP和中微子的歧视与使用各自的时间依赖性。
2016-04-13 astro-ph.CO hep-ph
DAMA and CoGeNT without astrophysical uncertainties
CoGeNT合作报告了前15个月数据中年度调制的证据。在这里，我们比较了这个信号的振幅和相位的调制所观察到的DAMA合作，假设两者都出现由于弹性散射暗物质（DM）。我们直接将CoGeNT信号映射到DAMA探测器，而不指定任何天体物理参数，并将其与DAMA测量的信号进行比较。我们还比较了来自CDMS II和XENON 10的约束。我们发现，DM的质量5-14 GeV，平等地耦合到质子和中子是强烈不利的。违反同位旋的DM票价更好，但需要提高调制分数。
2011-07-11 astro-ph.CO hep-ph
Bracketing the impact of astrophysical uncertainties on local dark matter searches
太阳系内暗物质密度和速度分布的不确定性阻碍了对暗物质（DM）实验的理论解释。为了量化这些不确定性，我们提出了一个参数，其特征在于从标准的麦克斯韦-玻尔兹曼形式的真实速度分布的偏差，然后我们确定不同的值的这个参数的最积极的和最保守的限制上的暗物质散射截面与核的不确定性，在当地的暗物质密度可以占平凡。这使我们能够以一种独立于模型的方式，将天体物理学不确定性对直接探测实验和/或中微子望远镜极限的影响纳入其中。我们发现，目前的限制，假设标准晕模型是最多的一个因素$\sim 2$弱于最积极的可能的约束。此外，结合中微子望远镜和直接检测的限制（在统计上有意义的方式），我们表明，DM在质量范围$\sim 10 - 1000$ GeV的限制不能削弱超过10倍左右，所有可能的速度分布。最后，我们证明，我们的方法也可以采用DM发现的情况下，使我们能够避免偏见的DM属性的重建。
2018-12-13 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysical systematics in Kinematic Lensing: quantifying an Intrinsic Alignment analog
本研究首次探索塔利-费希尔环境依赖性（TED）效应作为运动学透镜（KL）的潜在天体物理系统误差，推导其解析形式并通过模拟量化，发现其在本征对齐非零时影响KL且未检测到额外系统偏差信号。
2024-12-05 astro-ph.CO
Mitigating Astrophysical Uncertainties in 21-cm Cosmology
本文提出结合多类高红移观测量并采用最小化建模来约束宇宙黎明21厘米信号中的天体物理不确定性，从而提升探测新物理（如毫带电暗物质）的灵敏度。
2024-08-04 astro-ph.CO
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
Integrating Out Astrophysical Uncertainties
对暗物质的地下搜寻涉及粒子物理学、核物理学、原子物理学和天体物理学的复杂相互作用。我们试图消除与天体物理学相关的不确定性，通过开发方法将一个实验中观察到的信号直接映射到另一个实验中的预测速率。我们认为，这是可能的，使实验比较是完全免费的天体物理学的不确定性，通过集中在{ \em积分}量，如$g(v_{min})=\int_{v_{min}} dv\, f(v)/v $和$\int_{v_{thresh}} dv\, v g(v)$。当不同实验探测的$v_{min}$空间重叠时，直接比较是可能的。作为例子，我们认为可能的暗物质信号在CoGeNT，DAMA和CRESST氧。我们发现，预期的速度从CoGeNT在XENON 10实验高于观察到的，除非闪烁光输出低。此外，我们确定仅S2分析是有约束力的，除非电荷产生$Q_y< 2.4 {\, \rm electrons/keV}$。为了使DAMA与XENON 10一致，我们发现对于$q_{Na}=0.3$，调制速率必须非常高（对于$m_χ= 7\, \gev$，$\gsim 70%$），而对于更高的猝灭因子，它明确预测（0.8 - 0.9 cpd/kg）在CoGeNT处观察到调制。最后，我们发现，如果CRESST的过量事件源于弹性WIMP散射，即使阈值为10 keV，CDMS-Si以及XENON 10即使闪烁较低，也会出现显着的速率，这使得它…
2011-11-03 astro-ph.CO hep-ph
Uncertainties in Direct Dark Matter Detection in Light of Gaia's Escape Velocity Measurements
直接探测实验对自旋无关的暗物质-核子相互作用的截面设定了越来越严格的限制。在获得这样的限制，实验主要假设标准晕模型（SHM）的分布暗物质在我们的银河系。定义SHM需要三个天体物理参数：本地暗物质逃逸速度、本地暗物质密度和太阳绕星系中心的圆周速度。本文研究了这三个天体物理参数的不确定性对XENON 1 T排除极限的影响，使用公开可用的DDCalc程序。我们比较使用广泛假设的逃逸速度从RAVE调查和新计算的逃逸速度Monari $et$ $al.$使用盖亚数据的限制。我们的研究发现，天体物理的不确定性主要是在暗物质质量低于6 GeV的逃逸速度（独立于最佳拟合值）的不确定性，并可能导致在4 GeV的排斥极限近6个数量级的变化。在6 GeV以上的WIMP质量，不确定性成为主导的本地暗物质密度，导致不确定性的因素$\sim$ 10（3）在6（15）GeV的WIMP质量的排斥限制。此外，这项工作发现，更新的最佳拟合值的逃逸速度的基础上盖亚数据导致只有非常微小的变化的影响天体物理学的不确定性的XENON 1 T排除限制。
2019-10-18 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter vs. Neutrinos: The effect of astrophysical uncertainties and timing information on the neutrino floor
未来的多吨级直接探测实验将对太阳中微子引起的核反冲敏感，这些核反冲形成了光暗物质搜索的不可约背景。事实上，对于6 GeV左右的质量，中微子和暗物质的光谱是如此相似，以至于实验会遇到中微子底，对于中微子底，灵敏度只会随着暴露超过某个截面而略微增加。在这项工作中，我们表明，这个地板可以克服使用不同的年度调制预期从太阳中微子和暗物质。具体而言，对于中微子地板以下的截面，DM信号是通过相移和随时间变化的事件率的较小幅度可观察到的。这允许排除功率对于大曝光提高高达一个数量级。此外，我们证明了中微子地板存在于一个更广泛的质量范围比以前已经显示，因为大的不确定性，在暗物质速度分布，使信号光谱难以区分中微子背景。然而，对于大多数速度分布的中微子地板仍然可以超越使用定时信息，虽然某些速度流可能证明是有问题的。
2015-03-09 astro-ph.CO 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
Quantifying the Impact of Cosmological Parameter Uncertainties on Strong Lensing Models With an Eye Toward the Frontier Fields
我们测试的影响，不同的宇宙学参数值中使用的强透镜建模过程中的六个哈勃前沿场（HFF）的星系团。用于生成高保真强透镜模型的标准程序包括仔细考虑输出模型中的不确定性，所述不确定性由在可用数据约束的范围内改变模型参数而产生。然而，通常的做法是不考虑宇宙学参数值不确定性的影响。该公约是，而不是使用一个单一的基准“和谐宇宙学”，并产生透镜模型假设在宇宙学参数值的不确定性为零。我们发现，个别HFF集群的放大率地图显着不同的透镜模型时，计算不同的宇宙学参数值从最近的文献约束空间和地面实验。具体来说，放大图具有使用不同宇宙学计算的最佳拟合模型的平均方差，其大小与每个最佳拟合模型中的模型拟合不确定性相当，并且大2.5倍。我们还发现，当使用不同的输入宇宙学参数时，集群核心本身的质量分布的估计只有轻微的变化。我们的结论是，宇宙学参数的不确定性是一个不可忽略的来源，透镜模型产品的HFF集群的不确定性，这是很重要的，目前和未来的工作，依赖于精确的强透镜模型照顾到这个额外的不确定性来源。
2015-03-26 astro-ph.CO
Probing New Physics at Cosmic Dawn with 21-cm Cosmology
本文提出结合紫外光度函数、Planck CMB光深和未解析X射线通量上限约束天体物理通量，以分离21厘米信号中的新物理效应，并给出毫荷电暗物质的明确预测。
2024-01-19 astro-ph.CO 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
Probing light dark matter particles with astrophysical experiments
Hulse-Taylor双星系统的轨道周期损失首次间接证实了引力波存在的证据，这与爱因斯坦的广义相对论预言是一致的。行星的近日点进动、引力光弯曲和夏皮罗时间延迟是爱因斯坦广义相对论的其他检验。然而，从广义相对论的预测中，这些观测的测量结果存在很小的不确定性。为了考虑这些不确定性，我们提出了超轻轴子和矢量规范玻色子辐射的$U(1)^\prime$扩展超出标准模型的情况下。我们得到的超轻轴子参数（轴子质量和衰变常数）的观测不确定性的紧凑的二元系统的轨道周期损失，引力光弯曲，夏皮罗时间延迟和双折射现象的约束。我们还从紧双星系统的轨道周期损失得到了超轻$U(1)_{L_μ-L_τ}$规范玻色子的界。行星近日点进动的不确定性也给$U(1)_{L_e-L_{μ,τ}}$轻规范玻色子设定了界限。这些轻粒子可能是模糊暗物质的有希望的候选者，可以从上述精确测量中探测到。
2021-10-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Quantifying the uncertainty in the time-redshift relationship
本文量化了宇宙年龄-红移关系中的不确定性，指出其已降至百分之一水平且主要由哈勃常数主导，并比较了ΛCDM模型中物质密度、暗能量状态方程和曲率参数的贡献。
2024-04-03 astro-ph.CO
Dark Matter Velocity Distributions for Direct Detection: Astrophysical Uncertainties are Smaller Than They Appear
Princeton University（普林斯顿大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；Stockholm University（斯德哥尔摩大学）；Flatiron Institute（平顿研究所）；Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Harvard & Smithsonian（哈佛与史密森尼学会）
本文通过模拟银河系类星系研究暗物质速度分布，发现天体物理学不确定性较小，且提出新的相空间缩放方法以提高直接探测实验的灵敏度。
2026-04-06 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Confronting cosmic shear astrophysical uncertainties: DES Year 3 revisited
通过校准固有对齐和恒星反馈，该研究提高了弱透镜调查的精度，使S8约束更接近宇宙微波背景结果。
2025-12-03 astro-ph.CO
Quantifying Photometric Redshift Errors in the Absence of Spectroscopic Redshifts
多波长红移巡天使许多科学研究成为可能，这些科学研究都需要使用测光红移。但是，随着这些调查变得更加雄心勃勃，当我们寻求执行越来越精确的测量，它变得至关重要，以适当考虑光度红移的不确定性。理想情况下，不确定度可以直接通过与光谱红移的比较来测量，但这可能会产生误导性的结果，因为光谱样本通常很小，不能代表母测光样本。我们提出了一个简单而强大的经验方法来限制光度红移的不确定性，在光谱红移的情况下。天空中两个相邻的星系有很大的概率在物理上相互关联，因此它们的红移几乎相同。因此，在密偶中光度红移的差异是测量红移不确定性的一个尺度。一些观测到的密偶将产生于沿着视线的偶然投影，但对这种效应进行统计校正是很简单的。我们使用模拟数据和实际观测演示了该技术，并讨论了它的有用性如何受到系统光度红移误差的限制。最后，我们使用这种技术来显示光度红移的精度可以依赖于星系类型。
2009-10-15 astro-ph.CO
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
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
CFHTLenS revisited: assessing concordance with Planck including astrophysical systematics
我们研究了天体物理系统学对加拿大-法国-夏威夷望远镜透镜巡天（CFHTLenS）观测的宇宙剪切宇宙学参数约束的影响，以及与普朗克观测的宇宙微波背景的一致性。我们提出了更新的CFHTLenS宇宙剪切断层扫描测量扩展到度尺度使用一套新的N体模拟校准的协方差。我们分析了这些测量与一个新的模型拟合管道，占关键系统的不确定性所产生的内在星系排列，重子效应的非线性物质功率谱，和光度红移的不确定性。我们研究的宇宙学参数的约束，独立和联合系统的自由度的影响。当独立考虑系统不确定性时，固有对准幅度是数据基本上优选的唯一自由度。当系统的不确定性被认为是共同的，有没有一贯强烈的偏好，有利于更复杂的模型。我们量化的CFHTLenS和普朗克数据集之间的一致性水平，采用两种不同的数据一致性测试，基于贝叶斯证据和信息理论。我们发现，这两个数据一致性测试在很大程度上彼此一致，并且CFHTLenS和普朗克数据集之间的一致性水平对我们分析中包含的系统不确定性的确切细节很敏感，从决定性的不一致性到实质性的一致性，因为系统不确定性的处理变得更加保守。最不保守的情况是宇宙切变数据最支持的情况，但它也是与普朗克最不一致的情况。数据和分析代码在https://github.com/sjoudaki/cfhtlens_revisited上公开
2016-11-19 astro-ph.CO
Synoptic Sky Surveys and the Diffuse Supernova Neutrino Background: Removing Astrophysical Uncertainties and Revealing Invisible Supernovae
在我们的宇宙视界内，来自所有核心坍缩超新星的累积（反）中微子产生产生了弥散超新星中微子背景（DSNB），这是在可探测性的边缘。观测到的流量取决于超新星物理学，但也取决于超新星爆炸的宇宙历史;目前，宇宙超新星爆发率引入了相当大的（+/-40%）不确定性，主要是通过其绝对标准化。然而，一种新的宽视场重复扫描（天气）光学天空调查即将上线，并将以前所未有的深度，完整性和动态范围在时域中绘制天空。我们表明，这些调查将获得宇宙超新星率直接计数，在一个公正的方式和高统计，从而将允许精确的预测DSNB。即将进行的巡天将大大减少DSNB源历史的不确定性，预计将由系统学主导+/-5%，因此观测到的高能通量将测试超新星中微子物理学。即将进行的巡天观测可到达的宇宙部分（z < 1）包括预期的10-26 MeV DSNB事件率的大部分（约87%）的祖先。我们表明，精确测定（光学检测）宇宙超新星的历史也将使DSNB成为一个强大的探测器的额外的中微子通量从光学不可见的超新星，这可能是看不见的，无论是由于意外的大尘埃遮蔽在宿主星系，或因为一些核心坍缩事件直接进行黑洞的形成，并没有给出一个光学爆发。
2010-03-11 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Modeling Uncertainties in Modified Gravity Predictions for the Stochastic Gravitational-Wave Background
Universidade Federal do Rio Grande do Sul（南里奥格兰德联邦大学）；Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais（国家空间研究所）
研究修正引力对未解析双黑洞合并产生的随机引力波背景的影响，用特定模型纳入天体物理不确定性，通过对不同探测器的注入-恢复分析，表明频率相关的ppE修正可被第三代探测器约束。
2026-10-01 astro-ph.CO gr-qc
Neutrino masses from clustering of red and blue galaxies: a test of astrophysical uncertainties
结合测量星系功率谱和宇宙微波背景（CMB）是一个强有力的手段来约束中微子物质的总质量总和（m_nu），但由于非线性结构的形成、红移空间畸变和星系偏差而受到系统不确定性的影响。我们经验性地测试了中微子质量结果对这些影响的鲁棒性，通过分别分析斯隆数字巡天（SDSS-II）数据发布7（DR 7）的红色和蓝色星系的功率谱，结合CMB五年威尔金森微波各向异性探测器（WMAP 5）数据。我们考虑使用12个不同的星系偏置模型拟合最大波数k的范围。例如，使用基于微扰理论并包括红移空间畸变的新模型（Saito et al. 2009），全星系功率谱与WMAP 5相结合，对于k<0.2 Mpc/h的波数范围，产生95% CL总和（m_nu）<0.46 eV。红星系和蓝星系的功率谱分别为0.41和0.63 eV。使用模拟目录，我们发现这些限制的预期差异假设一个真正的中微子质量为零是0.10 +或-0.14 eV。因此，红星系和蓝星系的中微子质量上限之间的差异为0.22 eV，与预期值相差约1 sigma。我们发现类似的结果为其他模型和k范围测试。这表明当前数据的一致性很好，但暗示下一代调查可能存在问题。能够进行这种系统的测试是有利的，未来的调查将受益于包括广泛的星系人口和光度，使这种分解。
2010-09-06 astro-ph.CO hep-ex
Non-Universal Stellar Initial Mass Functions: Large Uncertainties in Star Formation Rates at $z\approx 2-4$ and Other Astrophysical Probes
我们探讨的假设，广泛应用于许多天体物理计算，恒星初始质量函数（IMF）是所有星系的通用。通过考虑一个典型的Salpeter-like IMF和一个非普适IMF，我们能够比较不同IMF对天体物理中多个观测量和导出量的影响。具体来说，我们考虑一个非普遍的IMF的变化作为当地的恒星形成率的函数，并探讨对恒星形成率密度（SFRD），河外背景光，超新星（核心崩溃和热核）率，和弥漫的超新星中微子背景的影响。我们最有趣的结果是，我们采用的变化IMF导致SFRD在$z \approx 2-4$比通常假设的更大的不确定性。事实上，我们发现一个SFRD（推断使用观察到的星系光度分布），这是一个因素的$\gtrsim 3$低于使用通用Salpeter样IMF获得的典型结果。其次，我们所探讨的非普适IMF意味着与普适IMF相比，超新星核心坍缩率降低了$\sim2$的一个因子。其他潜在的示踪剂只受到IMF性质变化的轻微影响。我们发现，目前可用的数据并没有提供一个明确的倾向于普遍或非普遍的货币基金组织。然而，在红移$z \gtrsim 2$上对恒星形成率和核心坍缩超新星率的测量的改进可能会提供最好的识别前景。
2022-05-16 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Assessing Astrophysical Uncertainties in Direct Detection with Galaxy Simulations
我们研究了模拟银河系质量的星系中局部暗物质的速度分布，这些星系是由暗物质和重子以高分辨率产生的。我们发现太阳附近的暗物质受到重子的影响，与仅模拟暗物质相比，增加了暗物质粒子的速度。由于重子盘的存在而产生的引力势增加了高速暗物质的数量，导致速度分布比仅用暗物质模拟的结果更类似于麦克斯韦标准晕模型。此外，重子模拟中存在的速度结构比仅用暗物质模拟所预期的具有更大的多样性。我们使用我们模拟的速度分布显示了对直接探测实验LUX，DAMA/Libra和CoGeNT的影响，并探讨了银河系估计质量范围内的分辨率和晕质量如何影响结果。麦克斯韦拟合的速度分布往往会高估高速尾中的暗物质的数量，即使是重子，从而导致过于乐观的直接检测边界的模型，这是依赖于该区域的相空间的实验信号。我们的工作进一步表明，它是至关重要的，以模拟速度分布的实验室参考系，由于太阳附近的速度结构出现时，重子。有更多的速度结构时，重子包括比在暗物质的模拟。即使把重子包括在内，速度结构的重要性在银河系的参考系中也不像在地球系中那样明显。
2016-07-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
