On the possibility of a 130 GeV gamma-ray line from annihilating singlet fermionic dark matter
有证据表明费米-LAT数据中在$E_γ\approx 130$ GeV处有一条谱线,可以解释为暗物质粒子湮灭成光子。我们回顾了一个著名的暗物质模型,该模型由一个单重态狄拉克费米子和一个单重态标量组成。标量在暗区实现自发对称性破缺,并通过与希格斯粒子的耦合,负责暗物质与标准模型粒子之间的通信。这些相互作用被标量和希格斯粒子之间的混合所抑制。因此,单重态费米子暗物质自然是一种弱相互作用大质量粒子(WIMP),可以解释观测到的遗迹密度。我们表明,该模型不能产生的信号中确定的费米-LAT数据。因此,我们提出了一个修改的模型,通过引入一个新的标量多重带电荷和耦合到单重标量。它增强了湮灭成两个光子,并成功地产生了观察到的信号。我们还讨论了由此产生的增加的分支比的$h\rightarrowγγ$过程中,这是一致的测量从CMS实验。
2014-04-01 hep-ph
The Morphology of Exciting Dark Matter and the Galactic 511 keV Signal
本研究通过对比INTEGRAL数据,首次对激发暗物质模型进行完整统计分析,发现其在解释银河系中心511 keV信号上优于湮灭暗物质,Δχ^2>16。
2024-02-07 astro-ph.HE hep-ph
Probing the properties of superheavy dark matter annihilating or decaying into neutrinos with ultra-high energy neutrino experiments
暗物质粒子$χ$的证据,是令人信服的基础上银河宇宙尺度的观测。到目前为止,有希望的弱相互作用大质量粒子的情况下,逃避检测,激发替代模型的暗物质。我们考虑的方案涉及超重暗物质(SHDM),可能会衰变或湮灭的中微子和反中微子。在质量范围$m_χ=10^7-10^{15}\,{\rm GeV}$,我们评估未来的观测站POEMMA和GRAND的间接暗物质检测通过测量中微子引起的广泛的空气簇射(EAS)的灵敏度,计算俄歇和ANITA限制使用其最后的最新灵敏度,并将它们与冰立方限制。我们还表明,星系晕中的暗物质分布的不确定性对中微子通量有很大的影响。我们表明,地面无线电探测器,如GRAND可以实现高灵敏度,由于其大的有效面积和高占空比。基于空间的切伦科夫探测器,如测量EAS光学切伦科夫信号的POEMMA,具有全天空覆盖和快速回转的优势,能够实现专注于银河系中心的优化SHDM观测策略。我们发现,增加切伦科夫探测器的视场可以显着提高灵敏度。此外,POEMMA的荧光观察模式,测量EAS以上$20\,$ EeV将实现国家的最先进的灵敏度SHDM属性在最高的质量尺度。
2021-12-09 astro-ph.HE hep-ph
Prospects for annihilating dark matter from M31 and M33 observations with the Cherenkov Telescope Array
本文研究CTA对M31和M33中WIMP暗物质湮灭信号的探测灵敏度,表明100小时观测可将现有HAWC限制提高约一个量级,并有望探测到M31核球的延展发射。
2023-07-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Constraining inhomogeneous energy injection from annihilating dark matter and primordial black holes with 21-cm cosmology
本文扩展DM21cm以模拟非均匀能量注入对21厘米信号的影响,并预测其对p波暗物质湮灭、轻原初黑洞霍金辐射及太阳质量原初黑洞吸积发射的领先约束能力。
2025-09-26 astro-ph.CO hep-ph
On the change of old neutron star masses with galactocentric distance
我们表明,脉冲星的质量取决于环境,它减少到银河系的中心。这是由于两个综合效应,捕获和积累的自我相互作用,非湮灭的暗物质的恒星,和增加的暗物质密度走向银河系中心。我们发现,质量的减少既取决于密度分布的暗物质,陡峭的档案产生更快,更大的减少脉冲星的质量,和自相互作用的强度。一旦未来的观测将提供脉冲星质量在一个暗物质丰富的环境中,接近银河系中心,目前的结果将能够把我们的银河系晕暗物质配置文件的特性,对暗物质的性质,即对它的湮灭或非湮灭性质,对它的强度的自我相互作用,并对粒子质量的限制。
2020-02-06 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Galactic Center Excess in Gamma Rays from Annihilation of Self-Interacting Dark Matter
费米-LAT望远镜的观测发现,银河系中心有一个显著的$γ$射线过剩。在银河系矮球状星系的方向上还没有探测到类似的信号。此外,天文观测表明矮星系和其他暗星系的密度比最简单的冷暗物质模型预测的要小。我们发现,一个自相互作用的暗物质模型与粒子质量约50 GeV湮灭的介质负责强自相互作用可以同时解释所有三个观测。介质必然是不稳定的,它的质量必须低于约100兆电子伏,以降低暗星系的密度。如果介质衰变为电子-正电子对,其截面与热残余值的数量级相同,那么我们发现这些对可以上散射星际辐射场,并产生观测到的$γ$射线过剩。我们表明,这个模型是兼容的所有当前的约束和突出的可检测的签名独特的自相互作用的暗物质模型。
2015-01-14 astro-ph.HE hep-ph
The Spatial Morphology of the Secondary Emission in the Galactic Center Gamma-Ray Excess
来自银河系中心(GC)的过量GeV伽马射线已经用费米大面积望远镜(LAT)测量。GC过剩(GCE)的存在似乎是强大的扩散银河系背景建模的变化。GCE的三个主要建议是尚未解决的毫秒双星(MSP),GC区域的宇宙射线爆发和自湮灭暗物质(DM)。通过未解决的MSP或DM湮灭粒子群将次级电子和正电子注入到星际介质中,可以通过逆康普顿散射或韧致辐射导致可观测的伽马射线发射。在这里,我们研究如何确定是否secondaries是重要的,在一个模型的GCE。我们开发了一种方法来测试模型拟合占不同的空间形态的二次发射。我们研究了几种模型,使二次发射和说明的情况下,宽带分析是不足以确定需要二次发射。
2016-04-20 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Interacting dark matter contribution to the Galactic 511 keV gamma ray emission: constraining the morphology with INTEGRAL/SPI observations
我们将INTEGRAL/SPI实验测量的511 keV伽马射线过剩的全天形态与基于产生低能正电子的暗物质(DM)散射的模型预测进行比较:MeV级DM直接湮灭成e+e-对,或者重DM非弹性散射成激发态(XDM),随后衰变成e+e-和基态。通过与数据的直接比较,我们发现,这样的解释是一致的暗物质晕轮廓预测的数值多体模拟的银河系类星系。我们的研究结果有利于Einasto配置文件的cuspier NFW分布,并排除衰变的暗物质的情况下,预测的空间分布过于广泛。我们获得了一个很好的拟合的信号的形状,使用六个自由度比以前的经验拟合的511千电子伏的数据。我们发现,在地球上从银河系隆起的流量的比率是在1.9和2.4之间的磁盘,考虑到磁盘的贡献的73%可能归因于放射性26 Al的β衰变。
2012-04-27 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Radiative bound-state-formation cross-sections for dark matter interacting via a Yukawa potential
我们计算了暗物质辐射形成束缚态的截面,其中暗物质的相互作用在非相对论体系中由汤川势描述。这些截面是重要的宇宙学和现象学研究的暗物质与远程相互作用,居住在一个隐藏的部门,以及TeV尺度的WIMP暗物质。我们提供的主导捕获过程发生通过发射的矢量或标量玻色子的截面的领先顺序的贡献。我们提供了一个详细的检查他们的功能,包括他们的速度依赖性内和外的库仑制度,和他们的共振结构。对于湮灭粒子对,我们比较了束缚态的形成和湮灭。
2017-04-21 hep-ph
Robustness of the Galactic Center Excess Morphology Against Masking
本研究利用多种Fermi点源掩模和小波方法检验GCE形貌,发现其在2-3 GeV以上稳健呈近球形,暗物质湮灭轮廓总体优于恒星核球模型。
2024-06-11 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Gamma Rays From The Galactic Center and the WMAP Haze
最近,对费米伽马射线太空望远镜数据的分析揭示了一个伽马射线通量集中在银河系内部约0.5度的地方,其光谱在2-4 GeV处急剧峰值。如果解释为湮灭暗物质的产物,这个信号意味着暗物质由质量在7.3和9.2 GeV之间的粒子组成,主要湮灭为带电轻子。该质量范围与CoGeNT和DAMA/LIBRA报告的信号所需的质量范围非常相似。除了伽马射线外,暗物质还被预测在内星系中产生高能电子和正电子,它们与银河磁场相互作用的结果是发射同步加速器光子。在这封信中,我们计算的流量和光谱的同步辐射假设来自银河系中心的伽马射线来自暗物质,并比较结果从WMAP卫星的测量。我们发现,在这种情况下,预计会出现相当大的硬同步加速器发射通量,这可以很容易地解释“WMAP Haze”的观测强度、光谱和形态。
2011-03-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
X-ray lines and self-interacting dark matter
我们研究了湮灭暗物质的单色信号与其自相互作用截面之间的相关性。我们将我们的论点应用到一个复杂的标量暗扇区,其中伪标量扮演着温暖的暗物质候选者的角色,而标量介导其与标准模型的相互作用。我们结合最近观察到的集群Abell 3827的自相互作用的暗物质和单色X射线线的湮灭截面上的约束。我们还将我们的模型与一组最近的实验分析进行了比较,发现这样的扩展可以自然地产生与英仙座或仙女座最近的观测结果相对应的单色keV信号,同时预测了$σ/ m\simeq0.1-1~\mathrm{cm^2/g}$量级的自相互作用横截面。最近在星系团Abell 3827的观测中声称。我们还提出了一种方法来区分这种模式,未来的直接检测技术。
2015-12-03 astro-ph.CO hep-ph
Self-interacting dark matter with a stable vector mediator
光矢量介质可以自然地诱导速度依赖的暗物质自相互作用,同时通过热冻结允许正确的暗物质遗迹丰度。然而,如果这些介质随后衰变成标准模型状态,如电子或光子,这将被宇宙微波背景的约束所有力地排除。我们研究在何种程度上可以规避这一结论,如果矢量介质是稳定的,因此有助于暗物质密度,而湮灭成较轻的自由度。我们发现可行的部分参数空间,导致所需的自相互作用截面的暗物质,以解决小规模的问题,碰撞冷暗物质的范例,同时与边界兼容的宇宙微波背景和大爆炸核合成观测。
2018-09-24 astro-ph.CO hep-ph
Constraints on Self Interacting Dark Matter from IceCube Results
如果暗物质粒子自我相互作用,它们被天体物理物体捕获的能力应该会增强。因此,它们在物体中心湮灭的速率将增加。如果它们的自散射很强,可以通过增强它们的湮灭产物的通量来间接观察。本文研究了自相互作用对太阳中心暗物质湮灭产生的中微子流的影响。我们认为湮灭分为两个通道:$W^+W^-$(或$τ^+τ^-$,对于质量低于$W$质量的暗物质)和$b\overline{b}$。我们估计在冰立方探测器的事件率,使用其79弦配置,并比较我们的预测,他们的实验结果,从而探测暗物质自相互作用模型。
2014-02-26 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Radio observations of the Galactic Centre and the Coma cluster as a probe of light dark matter self-annihilations and decay
我们更新我们以前的计算伽马射线和无线电观测的约束条件的湮灭的暗物质粒子轻于10 GeV。我们预测的同步辐射光谱,以及与光衰减和湮灭暗物质候选人在后发座星系团和银河系中心的无线电发射的形态。我们的新结果基本上证实了我们以前的发现:如果磁场大于50微高斯,银河系最内部的同步辐射会限制甚至排除暗物质候选者。事实上,我们的结果表明,光湮灭候选者必须有一个S波抑制对湮灭截面到电子(或分支比到电子正电子必须很小)。如果暗物质在衰变,它的寿命必须大于t = 3。10^{25}秒。因此,当人们提出一个“轻”的暗物质候选者时,无线电发射总是应该被考虑的。
2010-09-30 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
A Multi-Wavelength Analysis of Annihilating Dark Matter as the Origin of the Gamma-Ray Emission from M31
[摘要]通过多波长天文观测间接探测暗物质(DM)为探测DM的粒子性质提供了一条有前途的途径。在由弱相互作用大质量粒子(WIMPs)组成的DM的情况下,自湮灭最终产生可观测的产物,包括$e^{\pm}$对和伽马射线。伽马射线可以直接探测到,而$e^{\pm}$对可以通过来自同步辐射的无线电发射或X射线和来自逆康普顿散射的软伽马射线来探测。寻找DM天体物理学迹象的一个有趣区域是银河系的银河系中心(GC),部分原因是观测到的可能是DM的伽马射线过量。费米-LAT合作最近在仙女座星系(M31)中心区域观察到类似的过量,这使我们探索DM诱导信号的可能性。我们使用RX-DMFIT工具对M31中潜在的DM湮灭发射进行多频分析。我们认为WIMP模型与GC过量一致,并与M31的观测数据进行比较,计算了整个电磁频谱的预期发射。我们发现,最适合M31过剩的粒子模型有利于较低的质量比GC过剩。最佳拟合模型是$b\bar{b}$终态的$M_χ=11$ GeV和$\left<σv\right>=2.6\times 10^{-26}$ cm $^3$ s $^{-1}$,以及均匀混合的$b\bar{b}/τ^+τ^-$终态的$M_χ=5.8$ GeV和$\left<σv\right>=2.03\times 10^{-26}$ cm $^3$ s $^{-1}$。对于保守估计的扩散和磁场模型,预期的无线电发射似乎…
2018-05-11 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
On The Origin Of The Gamma Rays From The Galactic Center
银河系中心周围的区域在天体物理学上既丰富又复杂,并且被预测含有非常高密度的暗物质。利用三年的数据从费米伽马射线太空望远镜(和最近可用的通行证7超净事件类),我们研究了该地区的伽马射线发射的形态和光谱,并找到了一个空间扩展的组件,峰值能量在300 MeV和10 GeV之间的证据。我们将我们的结果与其他小组报告的结果进行了比较,并发现了很好的一致性。这种延伸的辐射可能来自星系内部暗物质粒子的湮灭,或者来自银河系超大质量黑洞加速的高能质子与气体的碰撞。如果解释为暗物质湮灭的产物,发射光谱有利于质量在7-12 GeV(如果主要湮灭为轻子)或25-45 GeV(如果主要湮灭为强子末态)范围内的暗物质粒子。发射的强度对应于暗物质湮灭的截面,与在早期宇宙中产生观测到的宇宙学丰度所需的截面一致(σ v ~ 3 x 10^-26 cm ^3/s)。我们还提出了保守的限制暗物质湮灭截面,这至少是严格的,从其他观测。
2011-09-30 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Possible Evidence For Dark Matter Annihilation In The Inner Milky Way From The Fermi Gamma Ray Space Telescope
我们研究了费米伽马射线空间望远镜从银河系中心方向观测到的伽马射线,发现它们的角分布和能谱很好地用一个暗物质湮灭场景来描述。特别是,我们发现暗物质粒子的数据与25-30 GeV质量的数据非常吻合,湮灭截面约为9 × 10 ^-26 cm ^3/s,并且在银河系内部千秒差距内分布有尖状晕轮廓。然而,我们不能排除这样的可能性,即这些光子来自一个或多个天体物理源,这些天体物理源具有与湮灭暗物质情景中预测的相似的形态和光谱形状。
2009-11-11 hep-ph
Multimessenger constraints on the dark matter interpretation of the Fermi-LAT Galactic center excess
费米大天区望远镜在银河系中心方向测得的数据中有过量的$γ$射线,这在几份出版物中已有报道。这种过剩,标记为银河系中心过剩(GCE),检测分析数据与不同的星际发射模型,点源目录和分析技术。最近以前所未有的精度测量的GCE的特征都与在我们银河系主晕中湮灭的暗物质粒子(DM)兼容,即使其他解释仍然不排除。我们调查DM候选人,适合所观察到的GCE光谱和空间形态。我们假设一个简单的情况下,DM零化成一个单一的通道,但我们也检查更复杂的模型与两个和三个通道。我们执行一个$γ$射线通量从48个银河系矮球状星系(dSphs)的列表中使用国家的最先进的估计DM密度在这些对象的搜索。由于我们没有从dSphs中发现任何显著的信号,因此我们对湮灭截面设置上限,从而与适合GCE的DM候选者兼容。然而,我们发现,GCE DM信号被排除在AMS-02 $\bar{p}$通量数据的所有强子和半强子湮灭通道,除非扩散晕的垂直尺寸小于2千秒差距-这是在紧张局势与放射性宇宙射线通量和无线电数据。此外,AMS-02 $e^+$数据排除了含有$e^+ e^-$成分的纯通道或混合通道。唯一的DM候选人,适合的GCE光谱,并与结合dSphs分析和AMS-02 $\bar{p}$和$e^+$数据得到的约束条件兼容,完全湮灭成$μ^+μ^-$,具有60 GeV的质量和大致的热截面。
2021-01-26 astro-ph.HE hep-ph
Dark Compact Planets
我们研究了由暗物质与普通物质(中子星物质和白矮星物质)混合形成的致密天体。我们考虑非自湮灭的暗物质与相互作用的费米气体的状态方程。我们发现了新的稳定的解决方案,暗紧凑的行星,与地球一样的质量或更低,半径约一米的弱相互作用的暗物质。对于强相互作用的暗物质的情况下,我们得到暗紧凑的行星与类星体质量或更低,半径为一公里。这些天体可能是最初形成的,随后又吸收了白矮星的物质。它们可以通过观测半径异常小的系外行星来探测。此外,我们发现,最近观察到的2 ${\rm M}_{\odot}$的中子星内的暗物质的数量设置的限制,最多是$10^{-5}{\rm M}_\odot$。
2021-05-21 astro-ph.HE hep-ph nucl-th
Testing The Light Dark Matter Hypothesis With AMS
来自银河系中心的伽马射线的光谱和形态,以及从银河系射电灯丝观测到的同步辐射光谱,都被解释为可能是7-10 GeV暗物质粒子在内星系湮灭的信号。在能够产生这些信号的暗物质模型中,湮灭也应该产生$\sim$ 7-10 GeV正电子的显著通量,这可能导致局部宇宙射线正电子谱中独特的隆起状特征。在这封信中,我们表明,虽然这样的功能将很难检测到PAMELA,它可能是由目前运行的AMS实验识别。由于没有已知的天体物理学来源或机制可能产生这样一个尖锐的特征,在7-10 GeV左右的正电子碰撞的观测将大大加强暗物质解释报告的伽马射线和射电异常的情况。
2012-10-03 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Isotropic extragalactic flux from dark matter annihilations: lessons from interacting dark matter scenarios
河外伽马射线和中微子的发射可能有来自暗物质(DM)湮灭的贡献。在观测结果与标准预测之间存在差异的情况下,人们可以通过研究能谱的形状来推断DM对湮灭成宇宙射线的截面。到目前为止,对河外DM信号的所有分析都假设标准宇宙学模型(Lambda CDM)为基础理论。然而,也有替代的DM方案,其中低质量物体的数量被显着抑制。因此,这些模型中的伽马射线和中微子发射的特性可能与LambdaCDM不同。在这里,我们表明,在这些替代模型中的河外各向同性信号具有类似的能量依赖,在LambdaCDM,但整体归一化减少。能谱之间的相似性与通量抑制相结合,可能会导致人们误解LambdaCDM以外的模型的可能证据,因为CDM粒子的湮灭截面比预期的要弱得多。
2016-02-23 astro-ph.CO hep-ph
X-ray morphology of cluster-mass haloes in self-interacting dark matter
我们进行宇宙学放大模拟$19$放松集群质量晕的绝热气体在冷暗物质(CDM)和自相互作用暗物质(SIDM)模型。这些簇被选择为来自具有$M_{\rm 200} \simeq 1\operatorname{-}3\times 10^{15}\,{\rm M}_{\odot}$的父模拟的动态松弛簇。SIDM中的暗物质和团内气体分布都比CDM中的更接近球形。模拟X射线图像的基础上产生的模拟和比较真实的X射线图像的$84$放松集群从钱德拉和ROSAT档案。我们对模拟和真实X射线图像的等照度线进行椭圆拟合,得到了$r\simeq 0.1\operatorname{-}0.2\,R_{\rm 200}$在团簇中心半径处的椭圆度。SIDM模型中的X射线等照度线比CDM模型中的等照度线更圆,表现为椭圆度分布函数的系统性偏移。出乎意料的是,所观察到的非冷核团簇的X射线形态与具有横截面$(σ/m)= 0.5\operatorname{-}1~{\rm cm}^2/{\rm g}$的SIDM模型比CDM和具有$(σ/m)=0.1\,{\rm cm}^2/{\rm g}$的SIDM模型更好地吻合。我们的统计分析表明,后两种模型在$68\%$置信水平(作为保守估计)下不受欢迎。这一结论不会因改变测量的径向范围或应用温度选择标准而改变。然而,主要的不确定性来自绝热模型中重子物理的缺乏,例如冷却,恒星形成和反馈效…
2022-11-01 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Annihilating to the Darker: Thermal Relic Dark Matter with an Ultraweak Portal to the Standard Model
本文研究了热 relic 黑暗物质通过超弱通向标准模型而难以被探测,但与更暗的领域有强相互作用,从而在宇宙演化中维持其 relic 密度的可行性。
2026-05-19 hep-ph
Scalar Dark Matter Models with Significant Internal Bremsstrahlung
最近人们对粒子物理模型产生了兴趣,这些模型可能会从暗物质湮灭中产生尖锐的伽马射线光谱特征。由于暗物质被认为是电中性的,因此建立弱相互作用的大质量粒子模型是具有挑战性的,该模型既可以在银河系中心容纳大截面的伽马射线,又可以容纳合适的暗物质丰度。在这项工作中,我们考虑一类标量暗物质模型的伽马射线特征,与标准模型相互作用,主要是通过重矢量类费米子(矢量类门户)。我们主要研究实标量单线态S湮灭成轻子-反轻子对的情况。因为这个两体末态湮灭通道是d-波抑制手征极限,我们表明,虚拟内部韧致辐射的伽马射线发射给出了一个大的修正,无论是今天还是在冻结的时间。为了比较起见,我们面对这种情况下熟悉的情况下,一个马约拉纳单线湮灭成轻轻子-反轻子对,并表明,虚拟的内部韧致辐射信号可能会增强的一个因素(高达)两个数量级。我们讨论了模型的范围和可能的推广。
2013-10-04 hep-ph
Connecting the new H.E.S.S. diffuse emission at the Galactic center with the Fermi GeV excess: a combination of millisecond pulsars and heavy dark matter?
H.E.S.S.合作报道了在银河系内部50 pc的高能球对称扩散伽马射线发射,高达~ 50 TeV。在这里,我们提出了一个轻子模型,它提供了一个替代强子的情况下提出的H.E.S.S.合作,并连接新报告的TeV排放费米-LAT银河系中心GeV过剩。我们的模型依赖于一个组合的逆康普顿发射从人口的毫秒星系-这可以解释GeV的过剩-和一个超大质量黑洞诱导尖峰的重(~ 60 TeV)暗物质粒子湮灭成电子与亚热截面。随着最新的星际辐射场,以及一个标准的磁场和扩散设置,我们的模型占检测到的发射光谱形态。此外,我们表明,暗物质诱导的发射再现的空间形态的H.E.S.S.信号高于~ 10 TeV,而我们在较低的能量下获得了来自双极星的稍微扩展的分量,这可以用作未来H.E.S.S.的预测。意见。
2017-01-04 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A possible link between the GeV excess and the 511 keV emission line in the Galactic Centre
在银河系中检测到的所谓GeV伽马射线过剩的形态和特征使我们推测大约10年前SPI实验绘制的511 keV线可能具有共同的起源。在本文的前一个版本中,我们假设30 GeV的暗物质粒子湮灭为$b \bar{b}$,并获得了与SPI观测一致的形态和511 keV的通量(~10 ^{-3} ph/cm^2/s)。然而,我们的估计假设了一个可以忽略不计的电子数密度的隆起,导致人为增加的通量(主要是由于在这种配置可以忽略不计的库仑损失)。假设数密度大于$n_e > 10^{-3} cm^{-3}$,我们现在得到一个511 keV的光子通量,它小于10 ^{-6} ph/cm^2/s,并且基本上与我们可以从暗物质湮灭注入$b \bar{b}$的正电子总数推断出的511 keV通量一致。因此,我们得出结论,即使存在30 GeV的暗物质粒子,也不可能在这两种信号之间建立联系,即使它们位于银河系中心相同的10度区域内。
2014-08-03 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Indirect Detection of Dark Matter WIMPs in a Liquid Argon TPC
我们评估的前景间接检测弱相互作用的大质量粒子使用大型液态氩TPC探测器。信号事件将由高能电子(反)中微子组成,这些中微子来自太阳核心WIMP湮灭产生的$τ$轻子和$b$夸克的衰变。由于所考虑的实验装置提供了极好的角分辨率和粒子识别能力,来自大气中微子的背景污染预计是低的。我们评估的事件率作为其弹性散射截面与核子的函数的湮灭WIMP预测。这种技术对于轻于$\sim100$ GeV的WIMP特别有用
2004-10-14 hep-ph
Dark matter searches with the IceCube Upgrade
弱相互作用大质量粒子(WIMP)是暗物质(DM)的理想候选者。WIMP模型通常包括自湮灭成标准模型粒子,如中微子,可能被冰立方中微子天文台检测到。对暗物质感应信号的各种搜索已经用现有的IceCube探测器进行了。然而,由于到目前为止还没有TeV尺度的WIMP的证据,更多的注意力被带到了GeV质量的DM候选者,冰立方探测器由于其能量阈值而不敏感。IceCube合作目前正在准备建造IceCube升级,计划于2022/2023年南极夏季部署。IceCube升级版将包括7个新的冰中串,以及大约700个额外的光学传感器。IceCube-DeepCore体积内的这种密集传感器阵列将增强几个GeV中微子的重建能力。我们目前的第一个研究的潜在改进,这对冰立方的灵敏度,暗物质湮灭在银河系中心的升级。
2019-08-22 astro-ph.HE hep-ph
Self-heating of Strongly Interacting Massive Particles
最近有人指出,半湮灭的暗物质(DM)可能会经历一种被称为自加热的新的温度演化。放热半湮灭将DM质量转化为动能。这产生了一个独特的DM温度演化,$T_χ \propto 1 / a$,与自由流动的非相对论粒子的$ T_χ \propto 1 / a^{2}$相反。只要自散射充分地重新分配DM粒子的能量,自加热就会继续。本文研究了自加热DM中宇宙学扰动的演化。我们发现当自散射截面为$σ_{\rm self} / m_χ \sim {\cal O} (1) \,{\rm cm}^{2} /{\rm g}$时,亚GeV自加热DM在亚星系尺度的物质功率谱上留下了一个截止。然后,我们提出了一个粒子物理实现的自加热DM方案。该模型是基于最近提出的强相互作用的大质量粒子与类π粒子在一个QCD的部门。类π介子粒子半湮灭成类轴子粒子,后者被暗辐射热化。暗辐射温度小于标准模型温度,避开了中微子有效自由度数的约束。当通过小耦合从标准模型扇区填充暗扇区时,很容易实现。
2018-07-06 astro-ph.CO hep-ph
Conservative Constraints on Dark Matter from the Fermi-LAT Isotropic Diffuse Gamma-Ray Background Spectrum
我们研究了费米伽马射线空间望远镜上的大面积望远镜对各向同性漫射伽马射线背景的测量对弱相互作用大质量粒子(WIMP)候选暗物质湮灭成各种标准模型终态的终态辐射的约束。预期的各向同性扩散信号从暗物质湮灭有贡献的本地银河系(MW)以及河外暗物质。来自MW的信号对所采用的晕的暗物质轮廓非常不敏感,并且主导来自河外晕的信号,该信号对晕质量函数的低质量截止敏感。对于低晕质量的生存截止和银河系和河外组分的子结构增强因子,我们采用保守的模型,只考虑初级末态辐射。这提供了强大的约束,达到热生产横截面的低质量WIMP湮灭成强子模式。我们还重新分析限制HESS观测银河脊地区使用保守的模型的暗物质晕配置文件。当与HESS约束相结合时,各向同性扩散谱排除了基于暗物质湮灭为两个轻子末态的PAMELA正电子过剩的所有解释。通过新的中间态湮灭成四个轻子,虽然受到数据的限制,但并不排除。
2010-10-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
The Morphology of the Galactic Dark Matter Synchrotron Emission with Self-Consistent Cosmic Ray Diffusion Models
在弱相互作用暗物质的范例中,一个普遍的预测是在高暗物质密度的区域中,由暗物质对湮灭产生相对论粒子。在银河系中心由暗物质湮灭产生的超相对论电子和正电子应该会产生一种弥散的同步辐射。同步加速器暗物质雾的光谱形状取决于粒子模型(其次是银河磁场),而雾的形态主要取决于(1)暗物质密度分布,(2)银河磁场形态,(3)高能宇宙射线轻子的扩散模型。有趣的是,在WMAP卫星报告的数据中,有一种未经确认的过量微波辐射,其特征与暗物质模型预测的特征相似,被称为“WMAP烟雾”。在这项研究中,我们进行了自洽处理的变量上面列举的,从宇宙射线,无线电调查和扩散伽马射线的现有数据强制约束。我们概述并预测了“暗物质雾霾”的一般形态和光谱特征,并将其与WMAP雾霾数据进行了比较。我们还表征和研究了由相同的高能电子和正电子的人口所产生的逆康普顿发射的光谱和空间分布。我们指出,在不同频率的无线电发射的频谱和形态是一个强大的诊断,以测试是否银河系同步加速器雾确实起源于暗物质湮灭。
2010-09-02 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Solution to the hyperon puzzle using dark matter
本文研究了“超子之谜”,这个问题虽然有大量的研究,但仍然是一个未解决的问题。这个问题的解决方案需要一个或多个机制,最终可以提供额外的斥力,使EoS更硬,因此,$M_{\rm{max}, T}$的值与当前的观测限制兼容。在本文中,我们提出,包括暗物质(DM)与普通物质的混合在中子星(NS),改变流体静力平衡,并可能解释所观察到的差异,无论超子多体相互作用,这似乎是不可避免的。我们研究了非自湮灭的、自相互作用的DM与普通物质混合后如何改变其内部结构,并讨论了这类NS的质量-半径关系。我们认为DM粒子质量为1,10,100 GeV,同时考虑到DM相互作用强度,$y$丰富的列表。通过分析多维参数空间,包括几个量,如:a。DM相互作用强度,b. DM颗粒质量以及其内部的DM的量,以及c. DM分数${\rm f}_{DM}$,我们在参数空间${\rm f}_{DM} - p^{\prime}_{\rm DM}/p^{\prime}_{\rm OM}$中放置约束。我们的边界是敏感的最近观察到的NS总质量。
2023-03-10 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
The Contribution of Cosmic Rays Interacting With Molecular Clouds to the Galactic Center Gamma-Ray Excess
费米-LAT数据似乎有来自银河系中心内部150 pc的过量伽马射线。对此提出的主要解释是:一个未解决的人口毫秒双星(MSP),暗物质(DM)湮灭,和非热韧致辐射产生的人口电子与中性气体的分子云。前两个选项的空间模板与具有内斜率$γ=1.2$的广义Navarro-Frenk-White(NFW)剖面的平方拟合良好。我们用20厘米的连续辐射银河脊模板来模拟第三种选择。基于HESS残差的模板给出了类似的结果。伽玛射线过剩被认为是最适合的广义NFW平方模板和银河脊模板的组合。我们还发现每个模板的光谱在组合拟合中没有受到显着影响,并且与以前的单模板拟合一致。也就是说,广义NFW平方谱可以用1000阶未分辨的MSP或DM来拟合,其质量约为30 GeV,热截面,并且主要湮灭为$b \bar{b}$夸克。而银河山脊继续有一个光谱与人口的非热电子,其光谱也提供了一个很好的适合同步辐射测量。我们还表明,目前的DM拟合可能很难测试,即使有10年的费米-LAT数据,特别是如果有一个混合物的DM和MSP有助于信号,在这种情况下,隐含的DM截面将被抑制。
2014-03-12 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Celestial-Body Focused Dark Matter Annihilation Throughout the Galaxy
间接探测实验通常测量湮灭暗物质(DM)粒子通过星系晕自由传播的通量。我们认为一个新的情况下,天体“集中”DM湮灭事件,提高效率的晕湮灭。在这种设置中,DM首先被天体捕获,如中子星或褐矮星,然后在其中湮灭。如果DM湮灭为足够长寿命的粒子,它们可以逃逸并随后衰变为可检测的辐射。这产生了一种独特的湮灭形态,它的尺度是DM和天体密度的乘积,而不是DM密度的平方。我们表明,这个信号可以支配的晕湮灭率在$γ$射线观测在银河系中心和球状星团。我们使用\textit{Fermi}和H.E.S.S.数据来约束DM-核子散射截面,设置强大的新的限制下降到$\sim10^{-39}~$ cm $^2$亚GeV DM使用褐矮星,这是高达9个数量级强于现有的限制。我们证明,中子星可以设置限制TeV规模DM下降到约$10^{-47}~$厘米$^2$。
2021-01-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Fitting the Fermi-LAT GeV excess: On the importance of including the propagation of electrons from dark matter
在费米-LAT数据中已经指出,在GeV能量下有过量的伽马射线。这个信号来自银河系中心附近的一个狭窄区域,被解释为轻暗物质粒子湮灭成轻子-反轻子和b-bbar的混合物或只湮灭成b-bbar的可能证据。专注于即时伽马射线发射,以前的工作发现,最适合的数据对应于湮灭主要进入b-bbar。然而,在这里,我们表明,忽略光子发射起源于初级和次级电子产生的暗物质湮灭,并通过银河磁场进行扩散,实际上可能导致错误的结论。考虑到这种发射,我们发现不仅允许~ 10 GeV粒子湮灭到纯轻子末态,而且民主方案实际上比纯b-bbar通道更适合于过量的光谱。最后,我们的工作与讨论的基础上,AMS数据和形态的过剩这些亲轻子的情况下的限制。
2014-08-12 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Quantum Kinetic Equations and Dark Matter Abundances Reconsidered
从系统与环境相互作用的Caldeira-Leggett模型出发,Joichi,Matsumoto和Yoshimura重新考虑了量子玻尔兹曼方程的推导。他们发现了一个额外的项来解释虚粒子的影响,并且极大地改变了稳定的弱相互作用大质量粒子(WIMP)的残余密度以及不稳定粒子的衰变产物的结果。然而,我们发现,这个修改后的玻尔兹曼方程并没有正确地考虑大质量粒子(这是衰减或湮灭)和轻粒子的热浴之间的相互作用能。我们认为,传统的玻尔兹曼方程给出了正确的结果。
1999-08-02 astro-ph cond-mat.stat-mech hep-ph
The Continuum Dark Matter Zoo
我们将最近提出的连续统暗物质模型推广到暗物质由自旋- $1/2$或自旋- $1$带隙连续统组成的情况。我们构建了简单的连续模拟弱相互作用的大质量粒子湮灭通过$Z$门户。我们讨论了所有现有的实验约束,最强的边界所产生的间接检测和限制连续衰变的宇宙微波背景。我们的模型是唯象可行的间隙尺度的$60$ - $200$ GeV(自旋- $1/2$)和$35$ - $90$ GeV(自旋- $1$),由于强烈的运动学抑制的直接检测边界,这是唯一的连续态。我们评论未来的检测前景,并提出进一步的连续模型建设的方向。
2023-01-23 hep-ph
Main sequence stars with asymmetric dark matter
我们研究了弱相互作用的暗物质(DM)粒子对恒星的影响,这些恒星生活在比太阳密度更大的DM环境中。我们发现,DM粒子引起的能量传输机制可以在主序星的核心产生不寻常的条件,其影响可以潜在地用于探测DM属性。我们发现,太阳质量的恒星放置在DM密度的rhchi>= e2 GeV/cm 3是敏感的自旋依赖散射截面sigmsd >= e-37 cm 2和DM粒子质量低至mchi=5 GeV,访问一个参数范围弱约束当前的直接检测实验。
2012-01-25 astro-ph.SR hep-ph
A Radiative Neutrino Mass Model with SIMP Dark Matter
我们提出了第一个可行的辐射跷跷板模型,其中中微子质量是通过强相互作用大质量粒子(SIMP)的双圈费曼图辐射诱导的。SIMP暗物质(DM)的稳定性由$\mathbb{Z}_5$离散对称性保证,通过该离散对称性,DM湮灭速率由$3 \to 2$自湮灭过程控制。在共振SIMP方案中,通过微扰耦合可以获得适量的热遗迹丰度,而从子弹状星团和球形晕形状推断的天体物理边界可以得到满足。我们表明,SIMP DM是能够保持动力学平衡与热等离子体,直到冻结的温度通过与中微子质量产生相关的汤川相互作用。
2017-07-27 hep-ph
Dark compact objects: an extensive overview
我们研究致密物体的结构,这些物体包含非自湮没、自相互作用的暗物质,并与由中子星和白矮星材料制成的普通物质混合。我们通过分析粒子质量在1-500 GeV范围内的弱相互作用和强相互作用暗物质的影响,扩展了先前关于这些暗致密天体的工作Phys. Rev. D 92 123002(2015),以便对相互作用的强度和暗物质粒子的质量设置一些约束。我们发现致密天体的总质量随着暗物质粒子质量的减小而增加。在强相互作用的情况下,对于暗物质粒子质量在1-10 GeV的范围内,致密天体的总质量大大超过中子星质量的$2M_\odot$约束和白矮星的标称$1M_\odot$约束,而对于较大的暗物质粒子质量或在弱相互作用的情况下,致密天体的质量与这些约束一致或小于这些约束,因此暗示了在这些致密物体内部排除了质量为1-10 GeV的强烈自相互作用的暗物质。此外,我们观察到暗物质粒子质量越小,捕获的暗物质的数量越大,限制了被捕获在致密物体中的暗物质质量,以满足$\simeq 2M_\odot$观测。最后,在银河系中的暗物质的分布的不均匀性意味着从环境中的紧凑对象的质量依赖性,可以用来把约束的银河系晕DM配置文件的特性和粒子质量。根据这些结果,我们讨论了致密暗天体在均匀和非均匀暗物质环境中的形成。
2019-03-04 astro-ph.HE gr-qc hep-ph
Probing a dark matter density spike at the Galactic Center
银河系内部的暗物质晕轮廓非常不确定。然而,它对银河系中心的径向依赖性对于确定源自暗物质湮灭的伽马射线和射电通量至关重要。在这里,我们使用同步辐射探测银河系内部的暗物质能量分布。我们首先解决了宇宙射线扩散的问题在非常小的尺度上,通常小于10^{-3} pc,通过使用格林函数的方法,并使用这种技术来量化的影响,一个尖峰的配置文件(rho(r)~ r^{-7/3})的形态和强度的同步辐射预期从暗物质。我们说明我们的结果使用10和800 GeV的候选人弱相互作用的暗物质粒子直接湮灭到e+ e-。我们最关键的假设是,暗物质比几个GeV重,并直接在银河系中产生合理数量的电子和正电子。我们的结论是,暗物质间接检测技术(包括普朗克实验)可以用来阐明暗物质晕轮廓的规模,超出了目前任何数值模拟的能力。
2014-04-03 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
$Z_2$ SIMP Dark Matter
具有强烈自相互作用的暗物质为几个小尺度结构难题提供了令人信服的解决方案。在暗物质和标准模型粒子之间的耦合被抑制的假设下,这种强相互作用的大质量粒子(SIMPs)允许通过N到N'过程成功地热冻结,其中N个暗物质粒子湮灭到其中的N'。在最常见的情况下,暗物质的稳定性是由$\mathbb{Z}_2$对称性保证的,看似领先的湮灭通道,即3比2过程,是被禁止的,所以4比2的过程主导了暗物质遗迹密度的产生。此外,宇宙学观测要求暗物质区域比标准模型粒子的热浴更冷,这种条件可以通过暗物质和标准模型粒子之间的一个小入口动态产生,即冻结。这种情况是在单标量暗物质模型的背景下举例说明。
2015-12-16 hep-ph
On the Gravitational Wave Counterpart to a Gamma-ray Galactic Center Signal from Millisecond Pulsars
该研究模拟可解释银河系中心伽马射线超量的毫秒脉冲星种群,并预测其准单色引力波对应体的频率与应变,以区分脉冲星和暗物质起源。
2025-01-08 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Detection prospects for heavy WIMP dark matter near supermassive black holes, particularly in M31
Institute of Physics, University of Belgrade(贝尔格莱德大学物理研究所)
本文研究了近超大质量黑洞处WIMP暗物质的探测前景,指出CTA在M31*中可能探测TeV尺度WIMP参数空间,并提供比MW*更严格的约束。
2025-12-11 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Dark Matter's secret liaisons: phenomenology of a dark U(1) sector with bound states
在暗U(1)力作用下带电的暗物质(DM)出现在标准模型的许多扩展中,并被用来解释宇宙射线数据中的异常,以及自相互作用DM候选者。在本文中,我们进行了全面的唯象分析这样一个模型,假设DM丰度产生的热冻结出的黑暗的相互作用。我们包括,第一次,在DM生产和间接检测信号中的束缚态效应,并量化其重要性费米,AMS和CMB实验。我们发现,DM在1 GeV至100 TeV的质量范围内,湮灭成暗光子的MeV至GeV的质量,是与观测相冲突。相反,DM湮灭成更重的暗光子是可行的。我们指出,多GeV暗光子的晚期衰变可以产生显着的熵,从而稀释DM密度。这可以大大降低获得DM丰度所需的暗耦合,从而放松现有的限制。
2017-05-20 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Illuminating Black Hole Shadow with Dark Matter Annihilation
本文提出利用 EHT 对黑洞内阴影的观测,结合真实等离子体背景下的正负电子传播计算,将超大质量黑洞作为暗物质湮灭探针,从而对暗物质湮灭参数空间给出严格且稳健的约束。
2025-08-07 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Probing Self-interacting Dark Matter with Disk Galaxies in Cluster Environments
自相互作用暗物质(SIDM)长期以来一直被提出来作为标准冷暗物质(CDM)所带来的小尺度问题的解决方案。我们用数值模拟的方法研究了暗物质相互作用对盘状星系落入星系团形态的影响。作用在暗物质上的有效拖曳力导致恒星盘相对于周围晕的偏移,从而导致盘的扭曲。对于各向异性散射截面为0.5和1.0 $\,\textrm{cm}^{2}\textrm{g}^{-1}$,我们表明,潜在的可观察到的翘曲,不对称性,增厚的磁盘发生在模拟。我们讨论了SIDM的观测测试与星系调查和更现实的模拟需要获得详细的预测。
2018-06-13 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Vector SIMP dark matter with approximate custodial symmetry
我们考虑了矢量强相互作用大质量粒子(VSIMP)暗物质在暗区具有局部$SU(2)_X\times U(1)_{Z'}$对称性的一种新情形。与标准模型类似,在暗对称性被暗希格斯场的VEV自发破缺后,近似保管对称性决定了$SU(2)_X$规范玻色子的质量相当但分裂。在这个模型中,我们表明$SU(2)_X$($X_\pm$)的$U(1)_{Z'}$带电规范玻色子成为SIMP暗物质的自然候选者,通过$3\rightarrow 2$或禁止$2\rightarrow 2$湮灭由于规范自相互作用。另一方面,$SU(2)_X$的$U(1)_{Z'}$ -中性规范玻色子通过$U(1)_{Z'}$和标准模型之间的规范动力学混合实现了暗物质的动力学平衡。我们提出了正确的遗物密度在我们的模型中的参数空间,并详细讨论了当前的约束和预测碰撞和直接检测实验。
2019-07-04 hep-ph
W-WIMP Annihilation as a Source of the Fermi Bubbles
费米伽马射线太空望远镜发现了两个发射伽马射线的气泡状结构,它们在银河系的两侧几乎对称地延伸,并且在形态上与银河系中心相连。排放的来源仍然不完全清楚。最近的研究表明,费米泡发射的光谱形状可以很好地描述为一个约为50 GeV的暗物质粒子湮灭为b \bar b,归一化对应的速度平均湮灭截面为< σ_b v > ~ 8 \times 10^{-27} cm ^3/s。我们研究了温伯格最近提出的最小隐藏扇区,并研究在多大程度上其弱相互作用大质量粒子(W-WIMPs)能够容纳所需的有效湮灭率到夸克和所观察到的遗物密度。
2013-08-27 astro-ph.CO hep-ph
KM3NeT upper bounds of detection rates of solar neutrinos from annihilations of dark matter at the solar core
到目前为止,弱相互作用大质量粒子(WIMP)仍然是暗物质最受欢迎的候选者之一。如果这些弱相互作用粒子在太阳核心内被引力捕获,它们可能会产生高能中微子作为最终产物,以防它们在太阳核心发生自湮灭。在这项工作中,我们解决了这种中微子在拟议的KM 3 NeT探测器的可探测性。在KM 3 NeT的这种中微子的检测率的上限计算的情况下,一个通用的暗物质的情况下,也当粒子暗物质的特定模型被选择。在这项工作中,不同的湮灭暗物质质量的μ子事件率的上限计算的情况下,暗物质湮灭通道(例如$b\bar{b}~, W^+W^-, Z\bar{Z} $等)。这些上限也计算通过考虑暗物质散射截面使用上限从PandaX-4 T直接暗物质搜索实验获得。
2023-03-14 hep-ph
Cold Dark Matter as Compact Composite Objects
暗物质作为宇宙的重要组成部分,至今仍是一个谜。标准假设认为,无碰撞冷暗物质(CCDM)粒子是由一些弱相互作用的基本场来表示的,这些基本场不能与任何标准夸克或轻子相关联。然而,最近对银河系和亚银河系尺度的结构分析提出了差异,并激发了许多替代方案,包括自相互作用暗物质,自湮灭暗物质,衰变暗物质,仅举几例。我们提出了关于DM粒子性质的标准假设的替代方案(DM粒子通常被假设为弱相互作用的基本点状粒子,尚未发现)。我们的建议是基于这样的想法,即DM粒子是由已知的轻夸克(甚至反夸克)组成的强相互作用的复合宏观大物体。DM粒子相互作用所需的弱点是由具有大重子电荷的复合物体的小几何因子而不是由新场的弱耦合常数来保证的。我们认为,强子物质和复合暗物体之间的相互作用并没有破坏后者作为冷物质所期望的属性。我们还认为,这种情况并不矛盾,目前的观测数据。相反,它对许多观测数据有自然的解释,例如来自我们星系凸起的$Ω_{DM}/ Ω_{B}\sim 1$或$511 KeV$线。我们还认为,复合暗物质可能会改变星系中心过密区域结构形成的动力学。我们还提出了一些其他的宇宙学/天体物理观测,间接支持DM性质的新概念。
2006-07-29 astro-ph gr-qc hep-ph
Dark Matter that can form Dark Stars
宇宙中形成的第一批恒星可能是由弱相互作用的暗物质粒子湮灭提供动力的。这些所谓的暗星,如果被观测到的话,可能会给我们关于暗物质本质的线索。在这里,我们检查粒子暗物质的模型满足暗恒星形成的条件。我们发现,在一般的模型与热暗物质导致暗星的形成,有几个显着的例外:重neutralinos在存在的coannihilations,湮灭是共振的暗物质冻结,但不是在暗星,一些模型的亲中微子暗物质湮灭成中微子只有和轻于约50 GeV。特别是,我们发现,在标准宇宙学的热DM候选人总是形成一个暗星,只要它的质量是重约50 GeV和热平均的湮灭截面是相同的去耦温度和在暗星的形成过程中,例如在湮灭截面与非零的S波贡献的情况下。
2010-04-09 astro-ph.CO hep-ph