Exploiting flux ratio anomalies to probe warm dark matter in future large scale surveys
强引力透镜类星体中的通量比异常构成了一种独特的方式来探测非发光暗物质晕的丰度，从而探测暗物质的性质。在本文中，我们确定双成像类星体作为一个统计上有效的探测暗物质，因为他们是20倍以上丰富的四倍成像类星体。使用N体模拟，包括现实的重子反馈，我们测量的冷（CDM）和暖暗物质（WDM）宇宙学的双成像类星体的通量比的全部分布。通过这种方法，我们折叠在两个关键的系统-类星体的变化和视线结构。我们发现，WDM宇宙学预测的累积分布函数的通量比相对于CDM的差异约为6%，与CDM预测更多的小比率。最后，我们估计，~600双成像类星体将需要观察，以便能够明确区分CDM和这里研究的两个WDM模型。这样的样本量将很容易达到未来的大规模调查，如欧几里得。在准备这项调查的数据，我们需要辨别的规模的不确定性建模透镜星系及其子结构的模拟，再加上观察到的透镜类星体的选择功能的深刻理解。
2019-12-04 astro-ph.CO
JWST lensed quasar dark matter survey IV: Stringent warm dark matter constraints from the joint reconstruction of extended lensed arcs and quasar flux ratios
University of Chicago（芝加哥大学）；University of California, Merced（加州大学默塞德分校）；University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；Stony Brook University（石溪大学）；Carnegie Institution for Science（卡内基科学机构）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；The University of Tokyo（东京大学）
本文通过JWST MIRI观测数据，利用强引力透镜四象限成像的观测结果，对暗物质的自由流长度和子晕数量进行了测量，并通过联合重建扩展的强引力透镜弧和类星体流量比，获得了更精确的暗物质约束。
2026-07-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Gravitational lensing in WDM cosmologies: The cross section for giant arcs
宇宙暗区的性质仍然是现代宇宙学的突出问题之一，寻找新的观测探测器指导下一代观测设施的发展。线索来自于ΛCDM的预测和引力透镜星系的观测之间的紧张关系。先前的研究表明，ΛCDM中的星系团不足以重现观测到的透镜弧数量。这项工作的目的是约束温暖的暗物质宇宙学的手段，从这些替代模型得出的星系团的透镜效率。研究了两个模拟星系团在冷暗物质和暖暗物质宇宙学中的透镜特性。结果表明，即使CDM集群更集中，并包含更多的子结构，WDM集群有略高的透镜效率比他们的CDM同行。关键的区别是，WDM集群有更多的扩展和更大规模的subhaloes比CDM类似物。这些巨大的子结构显著地拉伸了临界线和焦散线，因此它们提高了宿主晕的透镜效应。尽管由于WDM簇中大量子结构的贡献而增加了透镜效率，但这不足以解决弧统计问题。
2014-04-07 astro-ph.CO
Redshift Determination and CO Line Excitation Modeling for the Multiply-Lensed Galaxy HLSW-01
我们报告的红移测量和CO线激发的HERMES J105751.1+573027（HLSW-01），一个强透镜的亚毫米星系中发现的赫歇尔/SPIRE观测的一部分，赫歇尔多层河外巡天（HerMES）。HLSW-01是一个超亮星系，其固有远红外光度为1.4 × 10 ^（13）太阳光度，并被一个巨大的星系群透镜化成至少四张总放大率为10.9+/-0.7的图像。利用加州理工学院亚毫米波天文台的Z-Spec仪器的100 GHz瞬时带宽，我们使用四条CO发射线（J = 7-6，J = 8-7，J = 9-8和J = 10-9）的同时检测，稳健地确定了该源的红移z=2.958+/-0.007。结合这些高J转换的测量线通量与J = 1-0，J = 3-2和J = 5-4线通量测量的绿岸望远镜，毫米天文学研究组合阵列，和高原德布雷干涉仪，分别，我们模型的分子气体在这个星系的物理性质。我们发现，CO谱线的全谱线能量分布可以用温度为86-235 K，n（H2）=（1.1-3.5）× 10^3 cm^（-3）的温暖的中等密度气体来描述。然而，最高J跃迁有可能是追踪分子云核心中一小部分非常致密的气体，而包含Tkin ~ 200 K、n（H2）~ 10^5 cm^（-3）的温暖/致密分子气相的双组分模型也与这些数据一致。需要高光谱分辨率的J（上）> 7跃迁的更高信噪比测量，结合高空间分辨率的CO图，以提高我们…
2011-04-20 astro-ph.CO
VLA imaging of 12CO J=1-0 and free-free emission in lensed submillimetre galaxies
我们提出了一项研究，使用卡尔G。在z=2.5-2.9的三个强透镜亚毫米选择星系（SMMJ 16359，SMMJ 14009和SMMJ 02399）中12 CO J=1-0发射的Jansky超大阵列。这些星系的跨度L（IR）= 10^11 - 10^13 Lsun，提供了在高红移下比较LIRG和ULIRG的星际介质的机会。我们估计分子气体质量的范围是（2-40）× 10^9 Msun，使用的方法假设了恒星形成和非恒星形成气相的典型基础亮温比和最大恒星形成效率。使用X（CO）= 0.8的更简单的方法产生两倍高的气体质量。观测到SMMJ 14009的CO（3-2）/CO（1-0）亮温比r（3-2）/（1-0）=（0.95 \pm 0.12），表明可能受活动星系核中心的影响，存在温暖的恒星形成气体。我们在莱曼破裂星系A2218 #384中寻找12 CO（1-0）发射，该星系位于z=2.517处，与SMMJ 16359在同一个视场中，并指定3 σ气体质量极限为<6 x 10^8 Msun。我们使用SMMJ 14009和SMMJ 02399中的静止帧115 GHz自由-自由通量密度-直接与大质量恒星的光化率相关的测量，并通过VLA的带宽来估计400-600 Msun/年的恒星形成率，并估计由于AGN导致的L（IR）的分数。
2012-08-06 astro-ph.CO
Constraints on the presence of water megamaser emission in z~2.5 ultraluminous infrared starburst galaxies
为了寻找红移22.235GHz的水超脉泽辐射，我们对两个z~2.5的亚毫米透镜星系进行了扩展甚大阵和阿雷西博观测。SMM J14011+0252和SMM J16359+6612都具有多波长特征，与正在进行的星暴活动一致，以及CO线发射，表明存在温暖的分子气体。我们的观测没有发现任何H_2O超脉泽发射的证据，而透镜效应使我们获得了H_2O谱线亮度的深极限，在SMM J14011+0252的情况下，L（H_2O）< 7470 Lsun（3-sigma），在SMM J16359+6612的情况下，L（H_2O）< 1893 Lsun，假设线宽为80 km/s。我们的搜索，以及随后的非检测H2O超脉泽发射在两个强透镜的星暴星系，丰富的气体和尘埃，表明这种超脉泽发射不太可能是常见的高红移星暴星系的unlensed人口。我们利用最近在z = 2.64的透镜类星体MG J 0414 +0534中探测到的强H2O超脉泽发射，对未来的EVLA C波段观测活动星系核中的H2O超脉泽发射进行了预测。
2009-07-06 astro-ph.CO
Validation of the equilibrium model for galaxy evolution to z~3 through molecular gas and dust observations of lensed star-forming galaxies
我们结合IRAM Plateau de Bure干涉仪和Herschel PACS和SPIRE测量来研究高红移恒星形成星系的尘埃和气体含量。我们对z=1.4-3.1的17个透镜星系的样本进行了新的观测，这使我们能够直接探测恒星质量为~ 10^10 Msun的正常恒星形成星系的冷ISM，否则赫歇尔和分子气体研究中的个体探测无法（尚未）进入这种状态。在SFR-M*-红移参数空间中，将透镜星系与具有类似远红外光度测量的亚毫米和正常z~1-2恒星形成星系参考样品相结合，研究星系的气体和尘埃性质。在z>2时，主序星星系的平均气体耗尽时标仅为~ 4.5亿年，比z=1（z=0）时短了~1.5（~5）倍，符合（1+z）^-1标度。在z=2.8处的平均气体质量分数为40+/-15%（不完全校正后为44%），表明最近观察到的红移气体分数增加的趋势变平甚至逆转到z~2。z>2的正常恒星形成星系的耗尽时间尺度和气体分数可以用星系演化的“平衡模型”来解释，其中星系的气体库是特定恒星形成速率红移演化的主要驱动力。由于它们的高恒星形成效率和低金属丰度，z>2的透镜星系尽管位于恒星形成主序星上，却有温暖的尘埃。在固定的金属丰度，他们也有一个气体尘埃比1.7倍，比当地观察到的使用相同的标准技术时，这表明应用本地校准的气体尘埃比和金属丰度之间的关系，以推断高红移星系的分子气体质量可能会导致系统的差异与CO为基础的估计…
2013-09-12 astro-ph.CO
Star formation histories, extinction, and dust properties of strongly lensed z~1.5-3 star-forming galaxies from the Herschel Lensing Survey
利用Herschel Lensing Survey中发现的5个强透镜星系，以及MS 1512-cB 58和宇宙眼这两个已被广泛研究的强透镜星系的多波长光学到红外/亚毫米观测资料，确定了z~1.5-3恒星形成星系的接近或低于空白视场探测限的物理性质。我们限制它们的恒星和尘埃含量，确定恒星形成率和历史，尘埃衰减和灭绝规律，以及其他相关性质。我们对每个物体的完整测光进行了SED拟合，并分别对光学和红外部分进行了拟合，探索了各种参数，包括星云发射。红外观测和发射线测量，在可用的情况下，用于模型的后验约束。除了我们探索的各种恒星星族模型外，我们还使用观测到的IR/UV比来估计消光并创建“能量守恒模型”，该模型最准确地限制了我们源的物理特性。我们的样本有一个中值透镜校正的红外光度~ 3e 11 Lsun，恒星质量在2 e9和2 e11 Msun之间，红外/紫外光度比范围很广。我们星系的尘埃质量在2到17 e7 Msun的范围内，将以前在相同红移下的研究扩展到更低的质量。我们没有发现任何特定的趋势，尘埃温度Tdust与红外光度，这表明一个整体温暖的尘埃制度在我们的红移，无论光度。透镜使我们能够研究单个红外探测到的z~1.5-3星系的详细物理特性，比深空场观测要暗10倍。我们证明，多波长观测结合恒星和尘埃排放可以约束恒星形成的历史和恒星形成星系的灭绝规律。
2013-10-25 astro-ph.CO
Non-halo structures and their effects on gravitationally lensed galaxies
本研究利用不同粒子质量的温暗物质模拟，结合BELLS-Gallery透镜系统构建模拟数据集，探究非晕暗物质结构对星系-星系引力透镜分析的影响，发现其效应易被标准透镜模型吸收，难以与主透镜变化区分。
2025-05-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Paschen-alpha Emission in the Gravitationally Lensed Galaxy SMM J163554.2+661225
我们报告的检测帕邢α发射线的z=2.515星系SMM J163554.2+661225使用斯皮策光谱。SMM J163554.2+661225是一个亚毫米选择的红外（IR）发光星系，维持着很高的恒星形成率（SFR），没有来自光学或红外光谱的活动星系核证据，也没有X射线发射。这个星系被Abell 2218星系团引力透镜化，使得它可以被斯皮策光谱仪观测到。对由H-α和Pa-α谱线推导出的星云消光进行校正后，尘埃校正后的光度为L（Pa-α）=（2.57+/-0.43）x 10^43 erg s^-1，这对应于电离率Q =（1.6+/-0.3）x 10^55 photons s^-1。假设初始质量函数类似萨尔彼得，瞬时SFR是每年171+/-28太阳质量。使用70、450和850微米数据得到的总红外光度为L（IR）=（5-10）x 10^11太阳光度，并对引力透镜进行了校正。这对应于SFR=90-180太阳质量/年，其中上限与帕邢α光度的结果一致。虽然L（8微米）/ L（Pa-α）的比值与在本地星系和恒星形成区观察到的外推关系一致，但相对于具有可比帕邢-α光度的本地星系，静止框架24微米光度显着较低。因此，SMM J163554.2+661225可能缺乏较温暖的尘埃成分（T ~ 70 K），这与深埋的恒星形成有关，与具有可比SFR的本地星系形成对比。相反，星暴与恒星形成的本星系一致，其本征…
2009-10-15 astro-ph.CO
Observation of H2O in a strongly lensed Herschel-ATLAS source at z=2.3
Herschel巡天H-ATLAS以其大面积的覆盖范围，最近发现了一些明亮的，强透镜的高z亚毫米星系。强大的放大倍率使得研究CO以外的分子种类成为可能，否则很难在高z星系中观察到。在H-ATLAS已经识别的透镜星系中，z = 2.305的源J090302.9- 014127 B（SDP.17b）由于其激发条件和H2O 202-111发射线的试探性检测而引人注目（Lupu et al. 2010）。我们在SDP.17b中使用配备新的277- 371 GHz接收器的IRAM干涉仪报告了这条线的观测结果。H2O线的红移为z = 2.3049+/-0.0006，通量为7.8+/-0.5 Jy km s-1，半高宽为250+/-60 km s-1。新的通量是2.4倍弱于以前的试探性检测，虽然两者都保持在1.6西格玛内的边缘一致。内禀谱线光度和H2O（202-111）/CO 8 -7比值似乎与附近的星暴/包绕活动星系核Mrk 231相当，这表明SDP. 17 b也可能拥有一个发光的活动星系核。在SDP.17b中检测到一条强的H2O 202-111线，意味着在非常稠密和温暖的星际气体中必须出现一种有效的激发机制。
2011-07-25 astro-ph.CO
A Comprehensive View of a Strongly Lensed Planck-Associated Submillimeter Galaxy
我们提出了一个强透镜亚毫米星系（SMG）在z = 3.259的恒星，尘埃和分子气体的高分辨率地图。HATLAS 12 - 00是从赫歇尔天体物理太赫兹大区域巡天（H-ATLAS）中选出的强透镜候选者，主要是基于其异常高的500 μ m通量密度（~300 mJy）。这是在130 deg^2 H-ATLAS第一阶段区域中唯一的高红移普朗克探测。凯克自适应光学图像揭示了一个四重成像的星系在K波段，而亚毫米阵列和扩展的超大阵列显示双重成像的880微米和CO（1-0）源，表明不同的分布在星系中的各种成分。在源平面，恒星存在于三个主要的kpc尺度的团块中，这些团块延伸到约1.6 kpc，尘埃在恒星以北约3 kpc的致密区域（约1 kpc），而冷分子气体则在恒星东北约5 kpc的扩展盘（约7 kpc）中。来自恒星、尘埃和气体的辐射分别被z ~ 1的四个透镜星系放大了~17、8和7倍。在内部，透镜星系是一个温暖的（T_dust ~ 40-65 K），超亮（L_IR ~ 1.7 e13 Lsun; SFR ~ 2000 Msun/yr），富含气体（M_gas/M_baryon ~ 70%），年轻（M_stellar/SFR ~ 20 Myr）和短寿命（M_gas/SFR ~ 40 Myr）的星暴，没有显著的活动星系核。HATLAS 12 - 00的物理特性与非透镜z > 2 SMG相似，通过强大的宇…
2012-05-04 astro-ph.CO
Warm Dark Matter and Cosmic Reionization
在暗物质由keV质量的粒子（如无菌中微子）组成的模型中，小尺度的密度扰动被抑制，延迟了最低质量星系形成的时期，因此将再电离过程转移到更晚的时期。在这项研究中，集中在温暖的暗物质（WDM）的质量接近其目前的下限，即周围的$3$ keV区域，我们从星系光度函数，电离历史和冈恩-彼得森效应的约束。我们表明，即使调整模拟中的恒星形成效率以匹配CDM和WDM模型中观测到的UV星系光度函数，Gunn-Peterson光学深度的完整分布仍保留了WDM模型中延迟再电离的强烈特征。然而，直到现代星系形成模拟中使用的恒星形成和恒星反馈模型得到更好的约束，任何关于暗物质性质的结论都来自于再电离观测值仍然依赖于模型。
2017-08-28 astro-ph.CO
Probing Dark Matter with Strongly Lensed Binary Black Hole Mergers: Prospects in the Near Future
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究所）；Department of Physics, The Chinese University of Hong Kong（香港中文大学物理系）；Department of Physics, University of California at Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校物理系）
本文利用升级后的LIGO-Virgo-KAGRA网络观测，研究用强引力透镜双黑洞并合约束温暗物质粒子质量的前景，O6可获与现有相当的约束，后续运行将大幅收紧，为暗物质探测提供新手段。
2026-09-07 astro-ph.CO gr-qc
Extreme conditions in the molecular gas of lensed star-forming galaxies at z~3
原子碳可以作为分子气体质量的有效示踪剂，当与高J和低J CO谱线的探测相结合时，它还可以灵敏地探测高红移星系分子气体中的动力源。最近安装在APEX望远镜焦点上的SEPIA 5接收器在159 - 211 GHz频率上开辟了一个新窗口，允许以以前无法从地面获得的频率探索高z星系中的原子碳。我们以三个红移约为3的引力透镜星系为研究对象，对观测到的高JCO/CI ~-比值与邻近星系进行了比较研究。在三个靶中的一个中检测到原子碳（CI（2-1）），并且在第二个中检测到少量原子碳，而在所有三个靶中检测到$J=7\to6$ CO线。CO（7-6）/CI（2-1），CO（7-6）/CO（1-0）线比和CO（7-6）/（远红外连续光谱）光度比与附近的物体进行了比较。一个大的激发状态，在ISM中的这些高Z对象被看到，除非微分透镜不均匀地提高CO线通量从温暖和稠密的气体比CO（1-0），CI（2-1），跟踪更广泛分布的冷气相。我们提供了来自原子碳和一氧化碳CO（1-0）的总分子气体质量的估计，在不确定性范围内，它们是相等的。
2018-04-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
Broad Iron Emission from Gravitationally Lensed Quasars Observed by Chandra
最近的工作已经证明了引力透镜类星体的潜力，以扩大测量黑洞自旋到高红移与当前一代的X射线天文台。在这里，我们提出了一个大样本的27个透镜类星体的红移范围内1.0<z<4.5的钱德拉观测，利用超过1.6毫秒的总观测时间，重点是从这些来源的静止框架铁K的排放。虽然目前可用的X射线信噪比（S/N）不允许在我们的样本中的个别情况下，从内部吸积盘的铁发射的检测，我们发现在堆叠的残差显着的结构。除了狭窄的核心，看到几乎无处不在的地方活动星系核，我们发现的证据，一个额外的潜在的广泛的组成部分，从内部吸积盘，与一个明确的红色翅膀的发射轮廓。基于模拟，我们发现这个更广泛的组件的检测是显着的大于3西格玛水平。这意味着来自内盘的铁发射在透镜类星体的种群中相对常见，反过来进一步表明，通过额外的观测，这个种群代表了一个机会，可以显着扩展AGN自旋测量的样本到高红移。
2015-03-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Turbocharging constraints on dark matter substructure through a synthesis of strong lensing flux ratios and extended lensed arcs
本研究提出同时重建透镜弧与流量比的方法及加速100-1000倍的多平面光线追踪技术，结合模拟数据证明该方法可分离小尺度暗物质子结构扰动与大尺度主偏转器不确定性，显著提升对温暗物质的约束强度，将子结构透镜观测推至星系形成阈值。
2024-08-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Role of Self Interactions in the Cosmological Evolution of Warm Dark Matter
本文综述了近年来热暗物质模型（WDM）演化中弹性自相互作用效应的研究进展，重点讨论了结构的形成和宇宙学扰动的演化.我们特别注意一类特殊的不育中微子WDM称为$ν$ MSM和矢量场自相互作用的情况下提供的例子。我们计算的影响，假设自相互作用的暗物质在X射线天体物理观测中，在形成的费米DM晕（准）平衡态和DM扰动在早期宇宙的演变，假设粒子质量之间的$\mathcal{O}(1-100)$ keV。在后一个主题中，我们使用修改后的公共玻尔兹曼求解器类进行模拟，并将我们的结果与观测结果进行比较。我们发现自相互作用是一个有趣的除了WDM模型，它可以缓解紧张局势都存在于标准的CDM宇宙学和关于WDM本身，以及DM晕形成提供了一个有趣的途径。
2021-11-15 astro-ph.CO
Probing warm and mixed dark matter models using lensing shift power spectrum
本文提出利用透镜偏移功率谱探测暗物质性质，并基于单一透镜系统MG J0414+0534的观测数据对暖暗物质质量及其在混合暗物质模型中的占比施加约束，展示了该工具在未来观测中获取更严格约束的潜力。
2023-12-29 astro-ph.CO hep-ph
Probing the nature of dark matter via gravitational waves lensed by small dark matter halos
暗物质（DM）占据了宇宙中的大部分物质含量，并且可能是冷的（CDM）。然而，小尺度观测可能需要对标准CDM模型进行修改，DM可能是自相互作用（SIDM）或暖（WDM）。在这里，我们表明，衍射透镜的引力波（GW）从双黑洞合并的小晕（$\sim10^3-10^6M_\odot$ ; mini-halos），可以作为一个干净的探针DM的性质，从基于矮/卫星星系DM研究的重子过程的污染。由于这些模型预测的晕密度分布和丰度的差异，CDM、WDM和SIDM模型产生的预期透镜GW信号和事件率彼此显著不同。我们估计了一些当前和未来的GW探测器，如激光干涉仪引力观测站（LIGO），爱因斯坦望远镜（ET），宇宙探测器（CE），引力波月球天文台宇宙学（GLOC），分赫兹干涉仪引力波天文台（DECIGO），和大爆炸观测器（BBO）的透镜GW事件的检测率。我们发现，GLOC可能会检测到一个这样的事件，每年假设CDM模型，DECIGO（BBO）可能会检测到超过几个（数百个）这样的事件，每年通过假设CDM，WDM（质量$>30$ \，keV）或SIDM模型，这表明DM的性质可能会强烈约束DECIGO和BBO通过检测衍射透镜GW事件的迷你晕。其他GW探测器不太可能在有限的观测时间内探测到大量的此类事件。然而，如果微晕密度分布的内斜率比Navarro-Frenk-White（NFW）分布足够陡，例如，在伪Jaffe…
2022-07-01 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Freeze-in gravitational waves and dark matter in warm inflation
Sun Yat-sen University (Zhuhai Campus)（中山大学（珠海校区））
本文研究温暖膨胀中冻结过程产生的引力波谱及暗物质生成，比较不同耗散项对高频引力波信号的影响，揭示谱行为差异，为探索膨胀与暗物质模型提供途径。
2026-03-17 astro-ph.CO hep-ph
A Stringent Limit on the Warm Dark Matter Particle Masses from the Abundance of z=6 Galaxies in the Hubble Frontier Fields
我们表明，最近测量的紫外光度函数的超暗透镜星系在z= 6的哈勃前沿领域提供了一个前所未有的探测质量m_X的暖暗物质候选人独立于重子物理。将最暗星系的丰度与WDM宇宙学中暗物质晕的最大数密度进行比较，在1-sigma置信水平下，热遗迹WDM粒子的质量有一个鲁棒的极限m_X> 2.9 keV，在2-sigma置信水平下，m_X> 2.4 keV，在3-sigma置信水平下，m_X> 2.1 keV。这些构成了迄今为止独立于星系形成所涉及的重子物理学的WDM粒子质量的最严格的约束。我们讨论了我们的结果对不育中微子产生机制的影响。特别是，如果不育中微子是负责的3.5 keV线在X射线团的观测报告，我们的结果坚定地排除了Dodelson-Widrow生产机制，和产量m_{sterile} > 6.1 keV的不育中微子通过Shi-Fuller机制产生。
2016-06-10 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Pushing the Limits of Detectability: Mixed Dark Matter from Strong Gravitational Lenses
利用强引力透镜异常通量比方法，预测混合温冷暗物质的可探测性，发现40个透镜即可区分不同抑制形式，贝叶斯优势比29.4:1。
2023-08-30 astro-ph.CO
Non-Halo Structures and their Effects on Gravitational Lensing
四倍透镜类星体影像的通量比异常已被用来限制暗物质的性质。假设这些透镜扰动是由暗物质晕引起的，目前有可能将假设的暖暗物质（WDM）粒子的质量限制为$m_χ> 5.2$ keV。然而，扰动只由DM晕引起的假设可能是不正确的，因为其他结构，如细丝和煎饼，存在并构成宇宙中质量的重要部分，范围在5 $\%$ - 50 $\%$之间，取决于暗物质模型。使用新的无碎片模拟1和3 keV WDM宇宙学，我们研究这些“非晕”的结构，并估计其对通量比观测的影响。我们发现，这些结构显示尖锐的密度梯度与短的相关长度，并可以贡献更多的透镜信号比所有的haloes半模质量相结合，从而减少WDM模型之间的差异。我们估计，非晕结构可以是视线通量比异常的主要原因，在非常温暖的，但已经排除，$m_x \sim 1 \rm{keV}$的情况。对于较冷的情况下$m_x \gtrsim 3 \rm{keV}$，我们估计，非晕可以贡献约$5 - 10\%$的总通量比信号。
2022-02-10 astro-ph.CO
Warm Dark Matter meets Cold Dark Matter Isocurvature
本文提出蓝倾斜冷暗物质等曲率扰动可放宽暖暗物质质量下限至600 eV，并通过N体模拟评估其对小尺度结构的影响。
2025-08-05 astro-ph.CO
Dents in the Mirror: A Novel Probe of Dark Matter Substructure in Galaxy Clusters from the Astrometric Asymmetry of Lensed Arcs
School of Physics and Astronomy, University of Minnesota（明尼苏达大学物理与天文学院）；Department of Astronomy and Astrophysics, University of Chicago（芝加哥大学天体物理学系）；Department of Physics and Astronomy, University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校物理与天文系）；Department of Physics, University of California at Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校物理系）
本文提出利用透镜弧的天体测量不对称性研究星系团中的暗物质子结构，通过统计方法约束子晕质量分数，验证方法在不同条件下可靠性，适用于JWST观测。
2026-03-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Absorption signatures of warm-hot gas at low redshift: Broad HI Lyman-Alpha Absorbers
我们使用OWLS项目的宇宙学流体动力学模拟子集研究了低红移（z = 0.25）下HI吸收气体的物理状态，特别关注宽（bHI> 40 km/s）HI Lyman-Alpha吸收体（BLA），这些吸收体被认为起源于温热星系际介质（WHIM）中的激波加热气体。我们的基准模型，其中包括重元素的辐射冷却和超新星和活动星系核的反馈，预测到z = 0.25，近60%的气体质量最终达到WHIM的密度和温度特征，我们发现这部分的一半是由于流出。用模拟方法计算的标准HI观测量（HI柱密度分布N_HI、多普勒参数分布b_HI、b_HI-N_HI相关）和BLA线数密度与观测值符合得很好。BLA产生于比产生典型莱曼-阿尔法森林吸收器的气体更热、更高度电离和更富集的气体中。大多数BLA产生于低过密度（log Delta < 1.5）的温热（log（T/K）~ 5）气体中。平均而言，热加宽至少占BLA线宽的60%，这反过来又可以用作气体热状态的粗略指标。在低红移时，可探测的BLA只占WHIM真实重子含量的一小部分。为了检测该气相中的大部分质量，需要比当前紫外光谱仪所实现的灵敏度好至少一个数量级。我们认为，BLAs主要是跟踪气体已被冲击加热和丰富的外流，因此，他们提供了一个很好的理解反馈过程的重要窗口。
2012-07-02 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$2.0 - 6.1 \ti…
2019-11-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
General dissipation coefficient in low-temperature warm inflation
在一般粒子物理模型中，暴胀子场与其他玻色子场和费米子场耦合，这些场在暴胀期间获得大质量，并可能衰减到光自由度。这导致耗散效应，改变了膨胀动力学，并可能产生一个近热辐射浴，这样膨胀发生在温暖的环境中，而不是过冷的环境。在这项工作中，我们进行了数值计算，并获得相关的耗散系数在超对称模型的表达式，专注于政权的辐射温度低于重质量阈值。耗散系数接收的贡献，从上壳和壳外自由度，这是占主导地位的小和大的耦合，分别考虑到光场的多重性的衰减。特别是，我们发现，从上壳衰变的贡献，虽然玻尔兹曼抑制，可以远远大于虚模，这是有限的微扰分析的有效性。这一结果为在超对称场论中实现热暴胀提供了新的可能性。
2013-01-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Constraints on mixed dark matter from anomalous strong lens systems
最近有人指出，暖暗物质（WDM）模型不能同时再现遥远类星体光谱中观测到的莱曼α森林，而冷暗物质（CDM）模型则不能同时解决小尺度问题。结果表明，WDM和CDM的混合暗物质（MDM）模型能够满足Lyman-α森林的约束条件，并能解释3.5 keV异常X射线线和“卫星丢失问题”.我们调查的MDM模型使用强引力透镜的观测约束。首先，我们开发了一个拟合公式的MDM模型中的非线性功率谱进行N体模拟和估计预期的扰动所造成的视线结构在四个四重透镜类星体，显示异常的流量比。我们的分析表明，MDM模式是兼容的观测异常，如果温暖的成分的质量分数小于0.47，在95%的置信水平。即使考虑了这一约束，MDM对异常X射线线和小尺度问题的解释仍然是可行的。
2016-04-06 astro-ph.CO hep-ph
Impact of gravitational lensing on black hole mass function inference with third-generation gravitational wave detectors
近年来，由引力波产生的黑洞星表迅速增加，使我们能够研究最简单的幂律分布之外的黑洞质量函数的亚结构.然而，从BH并合事件推断的BH质量，可能会被引力透镜效应系统地“变亮”或“变暗”。在这项工作中，我们研究的影响，引力透镜的BHMF推断考虑的第三代GW探测器-爱因斯坦望远镜（ET）的检测。我们专注于高红移，$z=10$，以获得这种效果的上限。采用蒙特卡罗方法分别在非透镜和透镜两种情况下对3种BHMF进行模拟，从模拟数据中恢复BHMF的参数，并比较结果的差异。我们发现，所有的参数都在一个标准差（std.，1 $σ$），并且所有3个BHMF模型都在68%的可信区间内重建，这表明即使在很高的红移和ET的高精度下，透镜效应也不会剧烈地改变主要结构。而在$50M_{\odot}$之外的适度影响取决于BHMF的高质量尾部或子结构的建模。我们的结论是，在可预见的将来，透镜效应对ET的BHMF推断的影响可以安全地忽略。只有当我们专注于准确估计BHMF在高红移时的高质量端时，才需要仔细处理透镜效应。
2022-10-19 astro-ph.CO
Detection of a dark matter subhalo in the strongly lensed system PJ011646
University of Oxford（牛津大学）；Durham University（杜伦大学）；Newcastle University（纽卡斯尔大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）；Carnegie Observatories（卡内基观测站）
本文利用ALMA高分辨率观测对强引力透镜系统PJ011646进行分析，以检测暗物质次亚结构。通过椭圆幂律模型和三、四阶多极子（PL+MP）以及外部剪切，建立了透镜质量分布模型，并在图像平面上进行网格搜索，发现次亚结构显著提高了拟合质量，从而确定了暗物质次亚结构的质量和浓度。
2026-05-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Cluster-lensed supernova yields from the Vera C. Rubin Observatory and Nancy Grace Roman Space Telescope
本研究预测LSST与Roman HLTDS在星系团场中探测强透镜多重成像超新星的数量，采用两种独立方法估算产率，并建议HLTDS优先观测MACS J0553.4-3342或Abell 1758a。
2025-05-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Projection effects in the strong lensing study of subhaloes
冷暗物质（CDM）假说的定义特征是存在大量的低质量晕，这些晕太小而无法形成可见的星系。其他关于暗物质性质的假说，如暖暗物质（WDM），预测这种低质量晕的数量要少得多。强透镜系统提供了通过它们在透镜图像中引起的扭曲来检测小质量晕的可能性。在这里，我们表明，主要的贡献，图像失真来自沿视线的光晕，而不是subhaloes在镜头通常已假定到目前为止。这些干扰者增强了CDM和WDM模型预测之间的差异。我们推导出总扰动质量函数，包括subhaloes和interlopers，并表明，测量约20强透镜系统的检测限$M_{\rm low}=10^7 h^{-1} M_{\odot}$将区分（在3西格玛）CDM和WDM模型组成的7千电子伏的无菌中微子，如那些需要解释最近检测到的3.5千电子伏的X射线发射线从星系和星系团的中心。
2016-12-19 astro-ph.CO
THESAN-HR: Galaxies in the Epoch of Reionization in warm dark matter, fuzzy dark matter and interacting dark matter
本文利用THESAN-HR模拟首次在辐射流体动力学框架下研究WDM、FDM和IDM等替代暗物质模型对再电离时期星系的影响，发现其虽抑制低质量端但通过非线性效应可追赶CDM，并指出星系性质变化和JWST观测可为区分暗物质模型提供约束。
2023-04-13 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Simulation-based inference on warm dark matter from HERA forecasts
本研究利用更新的21cmFast模拟代码，采用基于模拟的推断方法分析HERA望远镜对温暗物质质量的探测能力，发现当宇宙黎明星系阈值质量足够低时，其约束能力可超越现有莱曼α森林约束。
2024-12-13 astro-ph.CO astro-ph.IM
Anisotropic strong lensing as a probe of dark matter self-interactions
本研究利用强透镜中视线晕产生的偶宇称与奇宇称四极矩，区分视线晕和子结构，并探测暗物质自相互作用截面的强度及速度依赖性。
2023-11-03 astro-ph.CO astro-ph.GA
The Effects of Halo-to-Halo Variation on Substructure Lensing
我们探讨了星系大小的暗物质晕中暗物质子结构的晕-晕变化，重点研究了它对强引力透镜系统的影响。我们发现，投影半径的3%的主机晕维里半径的投影半径内的投影子结构的质量分数的中值约为fsub ~ 0.25%，但方差是大的95百分位数范围为0 <= fsub <= 1%。我们量化可能的影响，子结构上的四倍成像透镜系统使用的尖点关系和简单的统计，Rcusp。我们估计，从子结构效应中观察到的R尖点的大值的概率大约为~10^-3 ~10^-2。我们考虑了各种可能的主机晕属性和子结构属性之间的相关性，以探测可能的样本偏差。特别是，低浓度的主机暗物质晕有更大的子结构，并产生更大的Rcusp值更频繁。然而，没有已知的观测偏差，将驱动观察到的四倍成像类星体由低浓度透镜晕产生。最后，我们表明，子结构的质量分数是一个相对可靠的预测值的Rcusp。
2011-09-16 astro-ph.CO
Late-time decaying dark matter: constraints and implications for the $H_0$-tension
我们使用最新的低红移探测器约束和更新衰变暗物质模型与温暖的大质量子粒子的寿命的界限。我们利用Ia型超新星，重子声学振荡和引力透镜类星体的时间延迟测量。这些数据集得到了从宇宙微波背景获得的早期宇宙先验的补充。对于相对论性子粒子的最大允许分数，在$95\%$ C. L.处发现更新的寿命界限为$τ> 9\, \rm{Gyr}$和$τ>11\,\rm{Gyr}$，对于两体和多体衰变的情况下，分别。我们还评论最近的建议，目前的两体衰变暗物质模型可以提供解决方案的$H_0$紧张，对比标准的$Λ$ CDM模型。我们推断，目前的暗物质衰变的情况是不太可能缓解的$H_0$紧张。我们发现，衰减的暗物质是能够减少的趋势，减少$H_0$值增加透镜红移中观察到的强透镜数据集。
2020-04-16 astro-ph.CO hep-ph
Probing sub-galactic mass structure with the power spectrum of surface-brightness anomalies in high-resolution observations of galaxy-galaxy strong gravitational lenses. I. Power-spectrum measurement and feasibility study
本文提出并测试了从HST高分辨率成像测量星系-星系强引力透镜表面亮度异常功率谱的方法，验证了其可行性，为约束次星系尺度暗物质结构性质奠定了基础。
2023-02-01 astro-ph.CO astro-ph.GA
Testing the Nature of Dark Matter with Extremely Large Telescopes
近40年来，人们普遍认为暗物质是冷的，不会发生碰撞。冷暗物质模型对小尺度（<10 kpc）的暗物质的行为做出了基本的预测。这些预测包括暗物质晕中心的尖点密度分布和晕质量函数，晕质量函数随着dN/dM ~ M^-1.9的增加而减小到非常小的质量。我们建议两个观测计划依赖于极大的望远镜来严格检验这些预测，从而揭示暗物质的性质。(1)将自适应光学成像与深层光谱学相结合，测量本群矮星系样本内恒星的三维运动，这些星系是附近宇宙中已知的最干净的暗物质实验室。从这些观测结果的内部斜率的暗物质密度分布可以确定的精度为0.20德克斯，使中央尖点，以区别于核心在5西格玛的意义。(2)引力透镜星系和类星体的衍射限制AO成像和积分场光谱学，以量化透镜星系晕和沿视线的暗子结构的丰度。对50个透镜弧和50个多重成像类星体的观测将足以在宇宙学尺度上测量10^7 < M < 10^10 Msun范围内的晕质量函数，而与这些结构的重子和恒星成分无关。这两个观测探测器提供了关于小尺度结构的补充信息，联合自洽分析减轻了任一探测器的局限性。该计划将产生最强的现有的小尺度上的暗物质的属性约束，允许替代温暖，模糊，和自我相互作用的暗物质模型的结论性测试。
2019-03-12 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Dark Census: Statistically Detecting the Satellite Populations of Distant Galaxies
在基于冷暗物质范式的标准结构形成方案中，星系晕被预测包含大量的暗物质晕下。虽然暗晕中最大的成员可以作为发光的卫星出现，并在光学测量中被发现，但确定低质量和大部分黑暗的暗晕的存在已被证明是一项艰巨的任务。星系尺度的强引力透镜已经成功地用于研究明亮背景源的透镜图像附近的质量子结构。然而，在典型的星系尺度透镜中，强透镜区只覆盖透镜暗物质晕的一小部分投影区域，这意味着绝大多数暗物质晕不能直接在透镜观测中被探测到。在本文中，我们指出，这一大人口的暗卫星可以集体影响引力透镜观测，因此可能允许他们的统计检测。聚焦于强透镜区以外的星系晕区域，我们从第一性原理计算了存在质量子结构人口的扰动对引力时间延迟和透镜图像位置的统计性质。我们发现，在标准宇宙学的情况下，这些透镜观测量的统计数据很好地近似高斯分布。作为该计算的一部分开发的形式主义是非常普遍的，可以应用于任何晕几何形状和选择subhalo质量函数。我们的研究结果显着降低了在透镜模型中包含大型子结构种群的计算成本，并使得能够使用贝叶斯推断技术来检测和表征遥远透镜星系的分布式卫星种群。
2016-07-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Dark Matter in Astrophysics/Cosmology
这些课堂讲稿的目的是从天体物理学/宇宙学的角度介绍暗物质。我们从宇宙学的快速概述开始，包括宇宙的演化，它的热历史和结构形成。然后，我们从星系、星系团、宇宙微波背景辐射的各向异性和大尺度结构的观测结果中，探讨了暗物质的观测证据。为了探测暗物质，我们需要知道它是如何分布的，特别是在银河系中，所以接下来我们将概述数值模拟和观测的相关结果。最后，我们通过观察天体物理学和宇宙学观测可以告诉我们关于暗物质的性质来得出结论，重点是两个特殊的情况：温暖和自我相互作用的暗物质。
2021-11-10 astro-ph.CO hep-ph
Halo concentration strengthens dark matter constraints in galaxy-galaxy strong lensing analyses
冷暗物质（CDM）宇宙学模型的一个定义性预测是存在大量低质量晕。在暗物质粒子是暖粒子（WDM）的模型中，这个粒子群是不存在的。原则上，这些选择可以通过观测来区分，因为视线上的晕可以扰动星系-星系的强引力透镜。此外，WDM粒子的质量可以推导出来，因为他们的晕质量函数的截止取决于粒子的质量。我们通过模拟和拟合模拟透镜图像，系统地探索了WDM模型中低质量晕的可探测性。与以前的研究相反，我们发现当光环在镜头后面或前面时，它们更难被检测到。此外，我们发现，扰动效应的晕增加与他们的浓度：可检测的晕是系统的高浓度晕，并占质量浓度关系的散射提高了预期数量的检测多达一个数量级。对于较低的颗粒质量，晕具有较低的浓度，这进一步抑制了可检测晕的数量，超过了仅由较低的晕丰度引起的减少。考虑到这些影响可以使对质量函数截止值的透镜约束比先前认识到的更严格至少一个数量级。
2021-08-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Mapping the Information Geometry of an Unresolved Dark Matter Population using a Differentiable Strong Lensing Simulator
Université de Montréal（蒙特利尔大学）；Mila - Quebec Artificial Intelligence Institute（魁北克人工智能研究所米拉）；Ciela - Montreal Institute for Astrophysical Data Analysis and Machine Learning（蒙特利尔天体物理数据分析与机器学习研究所）
本文提出基于可微强引力透镜模拟器的框架，利用费舍尔矩阵和费舍尔图拉普拉斯先验量化未分辨暗物质子晕族的信息简并性，为区分暗物质模型提供方法支撑。
2026-08-20 astro-ph.CO astro-ph.IM
Constraints on sterile neutrino models from strong gravitational lensing, Milky Way satellites, and Lyman-$α$ forest
本研究利用强引力透镜类星体等天体物理观测，推导热遗迹温暗物质与不同机制产生的惰性中微子的质量对应关系，给出四类主流惰性中微子模型的质量下限约束，为非引力相互作用极弱的暗物质候选体探测提供了最严格的实验限制。
2023-07-18 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Fermionic Dark Matter: Physics, Astrophysics, and Cosmology
本文综述费米子暗物质的RAR模型，结合中性费米子微观物理与星系晕结构，约束费米子质量并探讨其宇宙学形成、稳定性及多类观测探针。
2023-04-27 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
