Higher-Order Analytical Expansion of Thawing Dark Energy with an Exponential Potential
The Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI)（高等研究院）；National Astronomical Observatory of Japan（日本国立天文台）；The University of Tokyo（东京大学）；KEK（高能加速器研究机构）；Kavli IPMU (WPI), UTIAS, The University of Tokyo（东京大学汤川理论物理国际研究所）
本文针对指数势精质模型的解冻暗能量场景，推导了$O(\lambda^4)$阶解析展开修正，该修正比领头阶更准确，可用于未来观测区分指数精质与其他暗能量模型。
2026-08-14 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Analytical Approach for the Determination of the Luminosity Distance in a Flat Universe with Dark Energy
最近的宇宙学观测表明，目前的宇宙是平坦的，暗能量占主导地位。在这样的宇宙中，光度距离d_L的计算涉及重复的数值计算。本文证明了对于d_L，可以得到一个相当有效的近似解析表达式，它具有很小的不确定性。分析计算是非常有效的，与传统的数值方法相比，是潜在的有用的蒙特卡罗模拟涉及光度距离。
2010-03-15 astro-ph.CO
Effective dark energy equation of state in interacting dark energy models
在暗物质和暗能量非最小相互作用的模型中，由于两个组分之间的能量转移，固定共动体积中的物质总量可能从复合的时间到现在发生变化。这意味着，在相互作用的暗能量模型中，假设暗物质和暗能量之间没有相互作用，使用宇宙微波背景估计的分数物质密度通常会相对于其真实值发生偏移。这可能会导致一个不正确的确定状态方程的暗能量，如果暗物质和暗能量之间的相互作用是不正确的帐户，即使演变的哈勃参数作为一个函数的红移是已知的任意精度。在本文中，我们找到了一个精确的表达式，以及一个简单的解析近似，为暗能量的有效状态方程的演化，假设暗物质和暗能量之间的能量转移率是由一个简单的两参数模型描述。我们还提供了分析的例子，其中非幻影相互作用的暗能量模型模拟背景演化和主要的宇宙微波背景的幻影暗能量模型的各向异性。
2012-01-02 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Semi-annihilation of Dark Matter
我们发现，热遗迹丰度的暗物质可以影响一种新的类型的反应：半湮灭。半湮灭的示意形式为X_i X_j -> X_k φ，其中X_i是稳定的暗物质粒子，φ是不稳定状态。当暗物质由一种以上具有“味”和/或“重子”对称性的物质组成时，通常会出现这种反应。我们给出了一套完整的耦合玻尔兹曼方程的存在下的半湮灭，并研究了两个玩具模型具有这个过程。半湮灭导致早期宇宙中的非平凡的暗物质动力学，在确定遗迹丰度时通常比普通湮灭更占主导地位。这一过程也对间接探测实验有重要意义，因为它丰富了银河系中暗物质（半）湮灭的最终态光谱。
2010-07-19 astro-ph.CO hep-ph
Absorption of light dark matter in semiconductors
半导体现在是通过散射电子直接探测MeV到GeV暗物质的公认目标。我们表明，半导体目标也可以通过吸收过程检测到显着较轻的暗物质。当暗物质的质量高于半导体的带隙（大约1 eV）时，吸收通过激发电子进入导带而进行。在带隙之下，多声子激发使得暗物质能够在0.01 eV至eV质量范围内吸收。从太阳发出的高能暗物质粒子也可以被探测到质量低于eV。我们推导了锗和硅中残余动力学混合暗光子或赝标量的吸收范围，并表明现有的直接探测结果已经探索了新的参数空间。只有一个适度的曝光，低阈值半导体靶实验可以超过目前的天体物理和地球上的限制亚千电子伏玻色子暗物质。
2017-04-14 astro-ph.CO hep-ph
Light Dark Photon Dark Matter from Inflation
讨论了暗光子场与暴胀子耦合产生亮暗光子暗物质的可能性。在暴胀过程中，暴胀子的运动有效地产生了大波长的暗光子，并在物质辐射相等之前变为非相对论性的。我们用分析的方法计算产量.正确的遗迹丰度是通过暗光子质量向下延伸到$10^{-21} \, \rm eV$来实现的。
2020-05-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Analytical Emulator for the Baryon Density Distribution inside the Fuzzy Dark Matter Soliton from Machine Learning
Liaoning Normal University（辽宁师范大学）；The Education University of Hong Kong（香港教育大学）
本文利用机器学习构建了模糊暗物质孤子中质子密度分布的分析模拟器，验证其在孤子形成中的有效性。
2026-03-11 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Semi-annihilation of Dark Matter
半湮灭反应的示意形式为psi_i psi_j -> psi_k phi，其中psi_i是稳定的暗物质粒子，phi是不稳定状态。当暗物质被一个比Z_2更大的对称性所稳定时，这样的反应是允许的。它们导致早期宇宙中的非平凡暗物质动力学，并且遗迹粒子的热产生可以完全由半湮灭控制。这一过程也可能发生在今天的银河系，丰富了间接探测实验中观察到的（半）湮灭终态谱。
2011-01-27 astro-ph.CO hep-ph
Minimal semi-annihilating $\mathbb{Z}_N$ scalar dark matter
我们研究了由$\mathbb{Z}_N$对称性稳定的惰性双重态和复杂标量单重态的暗物质。该场含量是允许$N > 2$的无量纲半湮灭耦合的最小场含量。我们认为明确的$\mathbb{Z}_3$和$\mathbb{Z}_4$的情况下，并考虑到微扰性，么正性，真空稳定性，电弱$\mathbb{Z}_N$保持真空的必要性是全球最低，电弱精度测试，上限直接检测和希格斯玻色子的属性的限制。暗扇区粒子的共湮灭和半湮灭以及暗物质转换显著地改变了宇宙丰度和直接探测现象。
2014-03-19 astro-ph.CO hep-ph
Semi-annihilating dark matter coupled with Majorons
暗物质的热产生机制是很有吸引力的，并且具有很好的预言性。这种类型的暗物质候选者的代表是典型的弱相互作用大质量粒子。另一种是半湮灭的暗物质，它表现出与前一个例子不同的现象学方面。在这项研究中，我们构建了一个模型的暗物质半湮灭为一对反暗物质和一个Majoron的基础上的全球$U(1)_{B-L}$对称性，并表明，半湮灭诱导核心形成的暗物质晕，这可以减轻所谓的小尺度问题。此外，盒子状的中微子光谱是由随后的Majoron衰变产生的。这可能是模型中暗物质的独特特征。我们找到了一个参数空间，在这里产生的中微子可以被未来的大体积中微子探测器Hyper-Kamiokande探测到。我们还比较了暗物质的情况下，晕核形成的强自相互作用的暗物质。
2022-07-06 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Semi-dynamical perturbations of unified dark energy
一大类修正的引力和暗能量模型的线性宇宙学扰动可以统一在宇宙加速的有效场论中，包括霍恩代斯基标量张量理论和更高的理论。这种形式主义所固有的完全可用的模型空间不能仅受准静态小尺度制度中的测量的约束。为了便于分析的修改从和谐模型超出这个限制，我们引入了半动力学的治疗外推的扰动的演变在枢轴尺度的选择。在小尺度下，对于Horndeski理论，由此产生的修改恢复了准静态近似，但在哈勃尺度附近对其进行了修正。对于超越Horndeski引力的模型，我们发现，即使在小尺度极限下，空间度规势的速度场和时间导数一般也不能忽略。我们测试的半动力近似对线性扰动的范围内的暗能量和修改后的重力模型，发现两者之间的良好协议。
2015-09-07 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Dark matter freeze-in from semi-production
我们研究了一种新的暗物质产生机制，该机制是基于冻结-半产生，即逆半湮灭过程。这种情况的一个特殊特征是，生产率受到暗物质初始丰度的抑制，因此产生观测到的丰度需要比通常的冻结大得多的耦合值。我们提供了一个具体的例子模型，展示这样的生产机制，并详细研究它，扩展标准的形式主义，包括暗物质温度的演变及其数量密度，并讨论这种改进的治疗的重要性。最后，我们面对遗迹密度约束的限制和前景的暗物质间接探测搜索。我们表明，即使在早期宇宙中，暗物质从未处于完全热平衡状态，但它仍然可以具有足够强的现代湮灭截面，从而产生可观测到的信号。
2021-06-07 astro-ph.CO hep-ph
Doped Semiconductor Devices for sub-MeV Dark Matter Detection
半导体中的掺杂原子可以用$\sim10$ meV能量沉积来电离，从而允许设计低阈值探测器。我们建议使用杂质半导体靶来寻找亚MeV的暗物质散射或亚eV的暗物质对电子的吸收。目前，无约束的截面可以在掺杂探测器中用1 g-天的曝光量进行测试，该探测器的背景为现有纯半导体探测器的水平，但需要改进以探测冻结目标。我们讨论了相应的技术要求，并制定了一个可能的探测器设计。
2022-12-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
A semi-analytical approach to perturbations in mutated hilltop inflation
研究暴胀突变山顶模型的宇宙学扰动和观测问题。主要采用分析处理，我们评估通货膨胀期间以及通货膨胀后的扰动可观察参数。这进一步导致探索与宇宙微波背景（CMB）辐射有关的观测方面。这种半解析处理在一定程度上减少了数值计算的复杂性，以研究突变山顶暴胀与CMB角功率谱相关的不同现象。
2012-01-04 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Cosmological Inhomogeneities with Bose-Einstein Condensate Dark Matter
当暗物质是一个经过玻色-爱因斯坦凝聚的标量场时，我们考虑了宇宙学扰动对暗物质能量密度的增长。我们在牛顿引力和广义相对论的框架内研究这些不均匀性，牛顿引力的计算和结果更加透明。我们采取的方向是推导解析表达式，可以在小压力极限下获得。在整个过程中，我们将我们的结果与标准宇宙学的结果进行比较，其中暗物质被假设为无压的，使用我们的分析表达式来展示精确的差异。我们发现，与标准宇宙学相比，玻色-爱因斯坦凝聚体暗物质导致了一个比例因子，引力势和密度对比度以更快的速度增加。
2012-01-19 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Analytical solutions of accreting black holes immersed in a Lambda-CDM model
在Schwarzschild度规的测试流体模型中，考虑到两种流体的宇宙学演化，以封闭形式计算了嵌入在充满暗能量和冷暗物质的宇宙中黑洞质量的演化.结果准确地描述了吸积如何从物质主导的渐近切换到λ主导的制度。在早期，黑洞的质量由于暗物质的吸积而增加，而在后期，质量的增加随着暗能量的吸积而停止。因此，在这个简单的精确模型中，以前分析的非物理行为得到了改善。
2010-08-25 astro-ph.CO gr-qc
Analytical warm dark matter power spectrum on small scales
利用约化相对论气体（RRG）模型，解析地确定了小尺度下暖暗物质（WDM）的物质功率谱$k>1\ h\text{/Mpc}$ . RRG是理想相对论气体的简化模型，但在宇宙学背景下非常精确。在另一项工作中，我们已经表明，对于典型的允许质量的暗物质粒子，$m>5\ \text{keV}$，高阶多极，$\ell>2$，在爱因斯坦-玻尔兹曼方程组是可以忽略的尺度上$k<10\ h\text{/Mpc}$。因此，我们可以使用理想流体框架来跟踪WDM的扰动，状态方程和扰动的声速由RRG模型给出。我们推导了一个类似于Mészáros方程的WDM方程，并在辐射、物质和暗能量占主导地位的时代解析求解。结合这些解，我们得到了一个表达式，它确定了WDM扰动值作为红移和波数的函数。在此基础上，我们构造了小尺度WDM的物质功率谱和传递函数，并与Lyman- $α$森林观测的结果进行了比较。除了是一个明确的和教学的分析发展，以了解WDM扰动的演变，我们的功率谱的结果是一致的，所考虑的观测和其他决定的温暖程度的暗物质粒子。
2022-02-10 astro-ph.CO
Diffusion of Cosmic Antiprotons Generated throughout the Dark Matter Halo -- A Semi-Analytical Solution for a Linear Galactic Wind Model
公共GALPROP代码给出了一个完全数值解的频谱宇宙射线传播通过一个线性的银河风直接向外从银河平面的框架内的圆柱形扩散模型。另外，对于线性银河风的情况下，我们提出了一个半解析解的两区圆柱模型，它描述了宇宙射线反质子的光谱产生的主要来源，整个暗物质晕。虽然次级反质子可以通过，例如，GALPROP WebRun，始终使用这种半分析解决方案的主要将有助于建立一个合适的暗物质（DM）模型，这可能是复杂的，然后执行统计分析时，面对的数据。作为一个例子，使用所得到的公式，我们研究了可能的DM信号，通过通道$\text{DM DM} \to {\bar b}b$，和它的约束从AMS-02的反质子比的测量。讨论了DM信号的指示。半解析方法的优点，并与GALPROP模型的比较。
2021-04-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Analytical properties of Einasto dark matter haloes
最近的高分辨率N-体CDM模拟表明，非奇异的三参数模型，如Einasto配置文件比奇异的两参数模型，如纳瓦罗，弗伦克和怀特，在拟合范围广泛的暗物质晕表现更好。虽然许多基本属性的Einasto配置文件中已经讨论了在以前的研究中，一些分析性能仍然没有调查。特别是，一个一般的分析公式的表面密度，一个重要的数量，定义了一个暗物质晕的透镜性质，仍然缺乏日期。为了这个目的，我们使用了梅林积分变换形式主义，以福克斯H和梅杰G功能，它可以被写为级数展开的Einasto表面密度和相关属性的封闭表达式。这使得任意精度的计算表面密度和透镜性质的现实暗物质晕模型。此外，我们比较了Sérsic和Einasto表面质量密度，发现它们之间的差异，这意味着两种配置文件的透镜特性不同。
2012-02-23 astro-ph.CO
Semielastic Dark Matter
最近提出了许多模型，其中暗物质（DM）耦合到标准模型领域通过一个GeV尺度的黑暗部门。我们认为这种类型的DM质量的情况下，在电弱/TeV尺度，是由VEV的单也耦合到希格斯粒子。这样的设置导致具有弹性和非弹性分量的不同反冲光谱。我们构建了一个明确的NMSSM实现这种设置，讨论了来自遗物密度的约束，并包括基准点，这些基准点与当前的限制是一致的，但在即将到来的直接检测实验中可见。
2010-06-07 astro-ph.CO hep-ph
Fermionic and scalar fields as sources of interacting dark matter-dark energy
从一个与标量场具有非最小耦合的变分作用量出发，通过经典标量相互作用和费米子相互作用，可以得到宇宙学场方程。施加FLRW度规的方程直接导致一个宇宙学模型由两个相互作用的流体，标量场流体被解释为暗能量和费米场流体被解释为暗物质。几种情况下进行了分析和数值研究。非最小耦合的一个重要特性是，它允许跨越从本质到幻影行为的障碍。解对模型参数之一的不敏感性使它能够找到一个几乎是宇宙学常数类型宇宙的解析解。
2011-09-02 astro-ph.CO gr-qc
Comment on "Multiscatter stellar capture of dark matter"
Bramante，Delgado和Martin [Phys. Rev. D96，063002（2017）.，BDM 17]以一种非常重要的方式扩展了暗物质（DM）捕获的分析形式，这在原则上允许使用紧凑的天体物理对象，如中子星（NS），作为暗物质探测器。在这篇评论中，我们指出存在的区域中的暗物质中子散射截面$(σ_{nX})$与暗物质质量$(m_{X})$，这种方法的约束力是失去了。这对应于NS必须具有的最高温度（$T_{crit}$），以便用作暗物质探测器。此外，我们指出了BDM17中的几个错别字和错误，这些错误并没有严重影响他们的结论。此外，我们提供了半解析近似的总捕获率的任意质量的暗物质粒子的各种限制制度。这些解析近似被用来验证我们的数值结果。
2020-08-05 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Construction of Wave Dark Matter Halos: Numerical Algorithm and Analytical Constraints
我们提出了一个波推广的经典史瓦西方法构建自洽晕-这样的晕由一个合适的波的叠加，而不是粒子轨道，选择产生所需的平均密度分布。作为一个例子，该方法被应用到球对称晕。我们推导出粒子分布函数和波叠加振幅之间的解析关系，并展示了它如何简化的高能量（WKB）限制。我们通过数值演化薛定谔-泊松系统来验证这种构造晕的稳定性。该算法提供了一种有效而精确的方法来模拟波动干涉中的时变晕子结构。我们使用这种方法来构建各种密度分布的晕，所有这些都有一个核心的基态波函数，虽然核心晕的关系不需要是标准的。
2023-01-05 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Direct Detection of sub-GeV Dark Matter with Semiconductor Targets
亚GeV质量范围内的暗物质是一个理论上的动机，但在很大程度上尚未探索的范例。这样的轻质量对于传统的核反冲直接探测实验来说是无法达到的，但是可以通过由暗物质-电子散射引起的小电离信号来探测。半导体被充分研究，并且是特别有前途的目标材料，因为它们的${\cal O}(1~\rm{eV})$带隙允许来自暗物质的电离信号为几百keV。目前的直接探测技术正被用于暗物质-电子散射。在本文中，我们提供了半导体中暗物质-电子散射率的理论计算，克服了源于问题的多体性质的一些复杂性。我们使用密度泛函理论数值计算硅和锗中暗物质-电子散射的速率，并估计即将到来的实验，如DAMIC和SuperCDMS的灵敏度。我们发现，这些即将到来的实验的范围有可能是超越目前的直接检测限制的数量级，亚GeV的暗物质有一个相当大的调制信号。我们还给出了第一次直接检测极限的亚GeV暗物质从其散射的电子在半导体目标（硅）的基础上公布的结果从DAMIC。我们公开了我们的代码QEdark，我们用它来计算我们的结果。我们的研究结果可以用于实验合作，根据其特定的设置来计算自己的灵敏度。我们提出的搜索将探索未知的暗物质模型和参数空间的广阔新领域。
2016-04-25 astro-ph.CO hep-ph
Semiconductor Probes of Light Dark Matter
质量低于1 GeV的暗物质在传统的直接探测实验中基本上是不可观测的。然而，新提出的技术将允许检测半导体材料中的单电子事件，其阈值显著降低。这将允许探测质量为MeV的暗物质。与其他检测技术相比，半导体由于其约eV的低电离能而允许增强的灵敏度。这种探测器对具有电和磁偶极矩的暗物质特别敏感，其范围超过电流范围许多数量级。可观测到的偶极矩相互作用可以由质量高达1000 TeV的新粒子产生，这为当前对撞机无法达到的尺度提供了一个窗口。
2012-11-12 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Spherical Collapse and Halo Formation in a Cosmology with Decaying Dark Matter and a Semi-Cosmographic Dark Energy
Birla Institute of Technology and Science, Pilani（比拉理工学院，皮拉尼）
研究结合单粒子衰变暗物质与半宇宙学重构暗能量的宇宙学模型中非线性结构形成，利用DESI DR1数据约束背景演化，通过球状坍缩和晕丰度计算揭示暗物质衰变和动态暗能量对结构增长的影响。
2026-06-26 astro-ph.CO hep-ph
Semi-annihilating $Z_3$ Dark Matter for XENON1T Excess
最近报道的XENON1T实验结果表明，在电子反冲事件中存在一个具有$3.5σ$意义的过剩。解释为新的物理学，需要新的来源来解释电子散射。我们发现，一个暗费米子$ψ$的质量约$ \mathcal{O}\left(10\right)$ MeV的半湮灭的$Z_3$暗物质$X$和随后的衰变的暗规范玻色子$V_μ$可能是负责的过剩。相关的半湮灭过程是$X+X\rightarrow \overline{X}+V_μ(\rightarrow ψ+ \overlineψ)$，其中最终的$ψ$具有盒形能谱。快速运动的$ψ$可以通过与光子动力学混合的额外规范玻色子与电子散射。该模型中信号的形状可以与观察到的过量一致。与质子的额外相互作用使得这个模型在未来的核反冲研究中也是可以检验的。由于引入了不可见粒子的亮度，这种情况需要非标准的宇宙学来容纳额外的辐射分量。
2021-03-02 astro-ph.CO hep-ph
An analytical approximation of the luminosity distance in flat cosmologies with dark energy
本文给出了一个在含有尘埃和宇宙学常数的空间平坦宇宙学中光度距离的解析近似公式。我们还给出了所谓的Dyer-Roeder距离（空束情况）和从红移$z=z_1$到$z=z_2$的广义角直径距离的近似公式，这些公式在分析引力透镜效应时特别有用。我们的公式是广泛适用的密度参数和红移的范围内具有足够小的不确定性。特别地，在密度参数$0.3 \lid Ω_{\rmn m} \lid 1$和红移$0.03 \lid z \lid 1000$的范围内，我们公式计算的光度距离的相对误差总是小于\cite{wu}最近的工作.
2011-11-29 astro-ph.CO
Effect of a High-Precision Semi-Analytical Mass Function on the Merger Rate of Primordial Black Holes in Dark Matter Halos
本文研究了高精度半解析质量函数对暗物质晕中原初黑洞合并速率的影响。为此，我们首先解释了暗物质晕模型的理论框架，并介绍了相关的量，如晕密度分布，浓度参数，和一个高精度的半解析函数，即德尔Popolo（DP）质量函数。接下来，我们在考虑DP质量函数的椭球坍缩暗物质晕模型的框架下计算了PBH的合并率，并与我们以前对Sheth-Tormen（ST）质量函数的研究进行了比较。结果表明，将多环芳烃的质量取为$M_{\rm PBH} = 30M_{\odot}$，DP质量函数可以潜在地放大多环芳烃的合并速率。此外，我们计算合并率的PBH DP质量函数作为其质量和分数的函数，并将其与LIGO-Virgo探测器在最近的观测运行中记录的黑洞合并。我们的研究结果表明，如果$f_{\rm PBH} \gtrsim \mathcal{O}(10^{-1})$，PBH的合并率将落入LIGO-Virgo带。这意味着DP质量函数可以用来加强对PBH分数的约束。
2023-02-28 astro-ph.CO gr-qc
An analytical model for the accretion of dark matter subhalos
建立了一个分析模型，计算了冷暗物质晕吸积时的质量函数和吸积时间的分布。我们的模型是基于Zhao et al.（2009）的暗物质晕的中值组装历史模型，结合一个简单的对数正态分布来描述相同最终质量的晕在给定时间的主分支质量的散射。我们的模型是简单的，并可用于预测未演化的subhalo质量函数，在给定的时间吸积的subhalo的质量函数，吸积时间分布的subhalo的一个给定的初始质量，和频率的主要合并作为时间的函数。我们使用高分辨率的宇宙学$N$体模拟来测试我们的模型，发现我们的模型预测与模拟结果非常吻合。最后，我们讨论了我们的模型在其主机的subhalos的演变和自洽模型的建设，以连接星系和暗物质晕在不同的宇宙时间的影响。
2011-08-09 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Migdal Effect in Semiconductors for Dark Matter with Masses below $\sim \,$100 MeV
暗物质从原子核上散射出来，通过电子的非弹性激发，有很小的概率引起可观察到的电离，称为米格达尔效应。我们使用一个有效场论的Migdal效应在半导体中的小动量转移到核的区域，在那里的核的最终状态不再是很好地描述了平面波的计算。我们的分析结果可以完全量化的半导体，占振动自由度（声子）在晶体中的可测量的动态结构因子。我们表明，由于遵守的结构因子的总和规则，包容Migdal率和电子反冲光谱的形状被很好地捕获近似的晶体中的原子核作为自由离子，然而，排他性的微分率相对于能量沉积到晶体取决于编码的声子动力学的动态结构函数的特定材料。我们的研究结果现在允许半导体中的Migdal效应进行评估，即使是最轻的暗物质候选者（$m_χ\gtrsim 1$ MeV），可以运动学激发电子。
2022-10-12 astro-ph.CO hep-ph
On the first crossing distributions in fractional Brownian motion and the mass function of dark matter haloes
本文构造了分数阶布朗运动在常势垒情况下首穿分布的积分方程，并给出了精确的解析解。此外，我们提出了第一个交叉分布来自模拟路径从分数布朗运动。我们比较的解析解的结果与模拟和一些近似的解决方案，已在文献中使用。最后，我们提出了多重性功能的暗物质结构，从我们的分析方法，我们比较与N体模拟。我们表明，解析解的结果是在良好的协议与路径模拟，但显着不同的近似解。此外，从分数布朗运动得到的多重性函数与N体模拟得到的多重性函数的拟合较差。我们还提出了与文献中存在的其他模型的比较，我们讨论了不同的方法来提高分析结果和N体模拟之间的协议。
2017-02-21 astro-ph.CO
Analytical approach to core-halo structure of fuzzy dark matter
超轻玻色子暗物质被称为模糊暗物质（FDM），作为冷暗物质的替代物，引起了人们的广泛关注。FDM模型的一个有趣的特点是存在一个孤立子核心，一个稳定的致密核心形成的中心晕。本文通过近似求解薛定谔-泊松方程，解析地研究了孤立子核性质与晕特性的关系。专注于基态本征函数，我们推导出一个关键的表达孤子核心半径，从我们得到的核心晕质量关系类似于早期的数值工作中发现的，但涉及的因素依赖于晕浓度和宇宙学参数至关重要。基于新的关系，我们发现：对于给定的宇宙学，（i）对于每个晕质量，孤子核的半径和质量都存在一个理论上的界限;（ii）将浓度-晕质量（C-M）关系引入到预言中，核-晕关系一般表现出非幂律行为，并且C-M关系在低质量尺度下被抑制，与FDM模型相关，预测往往匹配的模拟以及（iii）在C-M关系的散射产生相当大的分散在核心晕的关系，并可以解释从宇宙学模拟得到的结果。最后，我们的分析处理的有效性进行了严格审查。微扰估计表明，核心晕关系的预测是有效的，在很宽的参数空间范围内，和近似调用的分析计算的影响是小的，虽然它不是完全可以忽略不计。
2022-11-16 astro-ph.CO
Self-gravitating system of semidegenerate fermions as central objects and dark matter halos in galaxies
我们提出了一个统一的模型，暗物质晕和中央星系的对象作为一个自引力系统的半生成费米子在热平衡。我们考虑球对称，然后我们解决了引力平衡方程，使用费米积分在一个无量纲的方式，获得密度分布和速度曲线。我们还获得了系统的可观测量的标度律，并表明，在很宽的参数范围内，我们的模型与所谓的暗物质表面密度的普遍性是一致的。
2014-01-28 astro-ph.CO
The Semi-Classical Regime for Dark Matter Self-Interactions
许多暗物质自相互作用的粒子物理模型--旨在解决无碰撞冷暗物质范式长期存在的挑战--都属于半经典体系，相互作用势与暗物质粒子的德布罗意波长相比是长程的。在这项工作中，我们提出了一个量子力学推导和新的半经典的动量转移和粘性截面的自相互作用的Yukawa势介导的解析公式。我们的结果包括领先的量子校正超过经典极限，并允许可区分和相同的暗物质粒子。我们的公式取代了著名的动量转移截面公式，从经典的散射问题，这是经常使用的自相互作用暗物质的唯象研究。再加上以前的近似公式的截面的量子制度，我们的新结果允许几乎完整的分析覆盖的参数空间与汤川势的自相互作用。我们还讨论了我们的研究结果的现象学意义，并提供了一个新的速度平均程序约束速度依赖的自相互作用。我们的结果已在新发布的代码CLASSICS中实现。
2021-02-10 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
The outer profile of dark matter halos: an analytical approach
暗物质晕外密度剖面的陡化特征指示了反溅半径，近年来引起了人们的广泛关注。可能的观测探测甚至已经对星系团进行了。从理论上讲，Adhikari等人通过计算暗物质壳层穿过具有NFW轮廓的不断增长的暗物质晕的二次下落轨迹，估计了回溅半径的位置。然而，由于他们强加了晕轮廓的形状，而不是根据暗物质壳层的轨迹来计算，他们无法提供回溅半径周围暗物质轮廓的完整形状。我们通过将Fillmore \& Goldreich的自相似球形坍缩模型推广到$Λ$ CDM宇宙来改进这一点。这使我们能够计算的暗物质晕轮廓和轨迹同时从质量吸积的历史。我们的溅回位置的结果同意与Adhikari等人定性，但在大质量吸积率的小的定量差异。提出了各种形式的回溅半径$R_{\rm sp}$的新拟合公式，包括$R_{\rm sp} / R_{\rm 200c}$和$R_{\rm sp} / R_{\rm 200m}$的比值。数值模拟得出了一个令人困惑的发现，即回溅半径与$R_{\rm 200m}$很好地成比例，而与$R_{\rm 200c}$不成比例。我们追踪的起源，这是相关的增加$Ω_{\rm m}$和平均晕质量吸积率增加红移。
2016-06-13 astro-ph.CO
Tidal stripping of dark matter subhalos by baryons from analytical perspectives: disk shocking and encounters with stars
冷暗物质（CDM）方案预测，星系晕应该拥有大量的subhalos可能比行星轻，这取决于暗物质的性质。预测它们的丰度和分布对暗物质的搜索和对subhalos本身的搜索具有重要意义，因为它们可以提供CDM范式的决定性测试。在暗晕下粒子数模型的建立中，一个主要的困难是考虑重子引起的引力剥离，它强烈地影响着星系内部的整体动力学。在本文中，我们集中在这些“重子”潮从分析的角度，总结以前的工作，星系盘冲击，并彻底重新审视个人遇到恒星的影响。对于后者，我们超越了Gerhard和Fall（1983）的参考计算，处理了穿透相遇，并提供了新的分析结果。基于对多次恒星相遇过程中可能发生的次晕能量变化的统计分析，我们发现，轻于$\sim 1$ ~M $_\odot$的次晕被恒星相遇非常有效地修剪。这改变了它们在恒星环境中的质量函数。相比之下，磁盘冲击是更有效地修剪大量的subhalo。简而言之，如果有相当的弹性，在穿过盘时幸存下来的暗晕已经失去了所有的质量，除了内部的尖点部分，潮汐质量函数强烈地偏离宇宙学的函数。如果是脆弱的，恒星的相遇使它们的数量密度下降了一个额外的数量级，而这仅仅是相对于磁盘冲击效应而言（例如，在银河系的太阳位置）。我们的研究结果可以纳入任何分析或数值subhalo人口模型，我们显示的说明。这项研究补充了那些基于宇宙学模拟的研究，后者无法在如此小的尺度上解析暗物质晕。
2022-06-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
Analytical insight into dark matter subhalo boost factors for Sommerfeld-enhanced $s$- and $p$-wave $γ$-ray signals
本研究解析分析暗物质子晕与速度相关的Sommerfeld增强的联合效应，推导总增强因子的近似解析表达式，发现子晕可使s波、p波湮灭的Sommerfeld效应提升数个量级，对TeV级热暗物质的γ射线信号预测至关重要。
2023-01-07 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
SASHIMI-SIDM: Semi-analytical subhalo modelling for self-interacting dark matter at sub-galactic scales
SASHIMI-SIDM将半解析模型与参数化映射结合，快速生成SIDM次晕种群，预测核心坍缩比例随质量变化，并增强暗物质密度与湮灭率，为SIDM参数空间扫描提供高效工具。
2025-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Semi-Numerical Simulation of Reionization with Semi-Analytical Modeling of Galaxy Formation
在再电离的半数值模型中，用电离光子与重子比判据近似地模拟了电离分数的演化。在本文中，我们将一个半解析模型的星系形成的基础上千禧II N体模拟再电离的半数值模拟。首先用半解析模型预测电离光子的产生，然后用半数值方法模拟再电离过程。这种方法允许更详细的再电离模型，也连接在低和高红移的星系再电离的历史观测。我们使用的星系形成模型是为了匹配低$z$观测而设计的，它也很好地拟合了高红移光度函数，但它对恒星形成的预测低于观测值，我们发现它也低估了恒星电离光子产生率，因此，在不考虑电离光子的某些其它潜在源的情况下，在$z \sim 6$不能完成再电离。我们还考虑了简单的修改模型与更多的头重脚轻的初始质量函数（IMF），再电离可以发生在较早的时代。半解析模型的纳入也可能影响的拓扑结构的HI地区在EoR，和中性区域产生的模拟与半解析模型出现比简单的晕为基础的模型多孔。
2012-12-25 astro-ph.CO
Padé semi-cosmographic reconstruction of residual dark energy in decaying dark matter cosmology: DESI DR2 BAO constraints and mock 21 cm forecasts
Birla Institute of Technology and Science（比拉理工学院）
本文通过半宇宙学方法结合衰变暗物质模型，利用DESI DR2 BAO和21厘米强度映射数据约束宇宙学参数，推导暗能量方程状态和衰变暗物质参数。
2026-09-16 astro-ph.CO
Reconstructing the dark energy potential
暗能量状态方程可以用正压流体的状态方程来描述。正压流体模型描述了背景演变，状态方程参数的函数形式受观测资料的约束。对暗能量同样可行的解释是通过标量场模型，包括正则和非正则的;这些标量场模型是底层高能理论的低能描述。在本文中，我们试图通过重建标量场势的演化来调和这两种研究暗能量的方法。对于这种分析，我们考虑了典型的quintessence标量场和幻影场的重建。我们试图了解的解析或半解析形式的标量场势对应于典型的行为良好的参数化的暗能量使用的约束条件，从最近的观察。
2017-12-28 astro-ph.CO
Analytical shear and flexion of Einasto dark matter haloes
N体模拟预测，暗物质晕在星系和星系团尺度上都可以用特定的密度分布来描述。弱引力透镜通过测量它们的一阶和二阶性质，剪切和弯曲，是一个强大的观测工具，调查这些剖面的真实形状。最近，在描述暗物质晕时，三参数密度分布图中的一个是Einasto分布图。我们提出的剪切和Einasto暗物质晕的第一和第二弯曲的精确表达式，使用梅林变换形式主义的福克斯H和梅杰G功能，这是有效的Einasto指数的一般值。由此产生的表达式可以写成级数展开，使我们能够研究这些量的渐近行为。此外，我们比较了剪切和弯曲的Einasto配置文件与不同的质量配置文件，包括奇异等温球，Navarro-Frenk-White配置文件，和Sérsic配置文件。我们调查的浓度和指数依赖性的Einasto配置文件，发现剪切和第二屈曲可以用来确定晕浓度，而Einasto指数的剪切和第一和第二屈曲可以采用。我们还提供了弱透镜性质和其他透镜量的简化表达式的广义超几何函数。
2012-08-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Analytical estimation of the signal to noise ratio efficiency in axion dark matter searches using a Savitzky-Golay filter
本研究提出一种利用Savitzky-Golay滤波器进行背景扣除的解析方法，无需大统计量模拟数据即可在实验前快速估计轴子暗物质搜索的信噪比效率，并从解析上证实了标度因子$ξ$与信噪比效率的一致性。
2023-11-10 astro-ph.CO astro-ph.IM hep-ex
