Boosting Supermassive Black Hole Growth in the Early Universe by Fuzzy Dark Matter Solitons
针对早期宇宙巨型SMBH观测挑战现有黑洞形成模型的问题,本研究提出FDM孤子核可提供解决方案,模拟证实其高红移时的质量与观测SMBHs相当,且能大幅提升黑洞种子吸积率。
2025-01-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
No Catch-22 for Fuzzy Dark Matter: testing substructure counts and core sizes via high-resolution cosmological simulations
本研究通过高分辨率宇宙学模拟探究模糊暗物质(FDM)的子结构丰度与暗晕核心特征,给出FDM与冷暗物质(CDM)子晕丰度比的拟合公式,发现存在FDM质量区间可同时匹配观测子结构计数与矮星系核心尺度,为区分FDM和CDM提供了观测依据。
2023-11-06 astro-ph.CO
Thermally Producing and Weakly Freezing-out Dark Matter in Bouncing Universe
我们在一个通用的弹跳宇宙框架中研究了具有恒定热平均截面的暗物质的产生和冻结。结果表明,除了已知的热产生强冻结和非热产生弱冻结两种情况外,还存在一种新的热产生弱冻结暗物质的途径,即暗物质的残余丰度分别与其截面成反比和正比.我们计算了这种新情况下暗物质的残余丰度,发现其残余丰度与其截面无关。我们还提出了这种新情况下的暗物质的横截面和质量关系的宇宙学约束。
2015-06-09 astro-ph.CO
The muon abundance in the primordial Universe
μ子丰度是理解有关原始宇宙性质的几个基本问题所必需的。在本文中,我们评估的生产和衰变率的μ子在宇宙等离子体作为温度的函数。这使我们能够确定μ子丰度何时消失。当宇宙冷却到$kT_\mathrm{disappear}\approx 4.135$ MeV以下时,μ子的衰变率将超过产生率,μ子将准瞬间从宇宙中消失。有趣的是,我们发现在$T_\mathrm{disappear}$的μ子数几乎等于重子丰度。
2021-03-25 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Over-abundance of orphan galaxies in the UniverseMachine
本研究在UniverseMachine星系目录上模拟redMaPPer星系团寻找,发现其预测的孤儿星系比例在星系团外部显著违反弱透镜观测上限。
2023-12-08 astro-ph.CO
Lyman-$α$ forest and non-linear structure characterization in Fuzzy Dark Matter cosmologies
模糊暗物质(FDM)代表了标准冷暗物质(CDM)流体的另一种有趣的描述,能够解释GeV扇区中暗物质粒子的直接检测的缺乏,并减轻宇宙大尺度结构形成中的小尺度张力。在文献中,FDM模型的宇宙学模拟是通过非常昂贵的高分辨率网格模拟单个晕或通过N体模拟,包括更大的宇宙体积,但诉诸FDM非线性动力学中的显着近似,以减少其计算成本。随着新的N体宇宙流体动力学代码AX-GADGET的使用,我们现在不仅能够克服这样的数值问题,而且还结合了一个完全一致的治疗FDM动力学与气体粒子和重子物理过程的存在,以量化FDM对特定的天体物理观测的影响。特别是,在本文中,我们执行和分析几个流体动力学模拟,以限制FDM质量量化FDM对莱曼- $α$森林观测的影响,在文献中获得的第一次在N体设置没有近似FDM动力学。我们还研究了统计性质的晕,利用大的可用样本,提取信息FDM如何影响的丰度,形状和密度分布的暗物质晕。
2018-09-27 astro-ph.CO
Spherical collapse of fuzzy dark matter
模糊暗物质(FDM)可能是冷暗物质(CDM)的可行替代物。FDM由作为玻色-爱因斯坦凝聚体存在的超轻玻色子组成。由于FDM的质量非常低,这些玻色子的德布罗意波长为kpc量级,并且在这些尺度下表现出量子效应。因此,与CDM不同,FDM经历量子压力以及引力吸引。本文研究了球对称FDM超密度系统的引力坍缩。我们假设FDM的过密区域的幂律密度分布,并推导出在非相互作用极限下球壳的时间演化表达式,并用它推导出爱因斯坦-德西特宇宙中球壳中平均过密的表达式。此外,我们数值分析的情况下,相互作用的玻色子。最后,我们讨论了这种非相互作用FDM的过密区域的维里化,并导出了线性和全理论中的过密表达式。我们比较我们的结果与CDM的情况下得到的结果,并得出结论与结果的讨论。
2019-02-26 astro-ph.CO
Super-resolution simulation of the Fuzzy Dark Matter cosmological model
本文将AI超分辨率从ΛCDM扩展到FDM模型,在z=2的更小尺度和低两个数量级质量下,以几个百分点精度再现功率谱与晕质量函数。
2022-10-24 astro-ph.CO
Fuzzy Dark Matter Candidates from String Theory
弦论被认为能产生超轻轴子形式的自然模糊暗物质候选者。在本文中,我们重新审视这一主张的详细研究如何模稳定影响的质量和衰变常数不同的轴子领域中出现的IIB型通量紧致。我们发现,获得相当大的贡献,观察到的暗物质丰度没有调整的轴子初始失准角不是一个通用的功能,因为它需要一个温和的违反$S f\lesssim M_P$约束,其中$S$是瞬子行动和$f$的轴子衰减常数。我们的分析挑出$C_4$ -轴子,$C_2$ -轴子和thraxions作为最佳候选人实现模糊暗物质的弦论。对于所有这些超轻的轴子,我们提供的预测可以面对目前和即将到来的观测。
2022-04-26 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Molecules in the early Universe
在具有宇宙常数和冷暗物质的宇宙模型中,研究了第一分子、负氢离子和分子离子的形成。宇宙学的复合是在修正的有效三能级原子模型的框架下描述的,而化学反应的动力学是在氢、氘和氦的最小模型的框架下描述的。结果表明,由于宇宙学复合计算的不准确性而引起的分子丰度的不确定度约为2- 3%。宇宙学参数值的不确定性对分子、负氢离子和分子离子丰度的影响可达2%。在没有宇宙学再电离的情况下,在红移$z=10$处,丰度与氢丰度之比为:$H^-$为$3.08\times10^{-13}$,$H_2$为$2.37\times10^{-6}$,$H_2^+$为$1.26\times10^{-13}$,$HD$为$1.12\times10^{-9}$,$HeH^+$为$8.54\times10^{-14}$。
2017-12-12 astro-ph.CO
The Effective Field Theory of Large Scale Structures of a Fuzzy Dark Matter Universe
本文利用大尺度结构有效场论和 Gadget-2 宇宙学模拟,测定不同质量模糊暗物质的声速,发现其略高于冷暗物质且低质量时偏离更大,表明 FDM 可在大尺度统计中留下可观测印记。
2024-01-23 astro-ph.CO hep-th
Fingerprints of Anomalous Primordial Universe on the Abundance of Large Scale Structures
研究了反常暴胀模型对大尺度结构观测中结构丰度的预测。原始曲率微扰功率谱中的异常特征包括:(a)动量空间的局域化特征,(b)半球不对称性和(c)统计各向异性。我们提出了一个独立于模型的表达结构的数量密度的物质密度方差的变化。具有定域特征的模型可以缓解星系尺度冷暗物质结构观测与数值模拟之间的紧张关系,作为解决卫星失踪问题的一种可能途径。在半球形不对称的模型中,我们发现,丰富的结构变得不对称,这取决于观测的方向天空。此外,我们还研究了偶极振幅的尺度依赖性对结构丰度的影响,并利用类星体的数据,找到了偶极不对称性谱指数的上限$n_A<0.6$。在所有情况下,都存在一个临界质量尺度$M_c$,其中对于$M<M_c (M> M_c)$,由异常特征引起的方差的增强减少(增加)宇宙中暗物质结构的丰度。
2014-12-28 astro-ph.CO hep-th
Fuzzy Dark Matter Constraints from the Hubble Frontier Fields
本研究利用哈勃边疆场及空白场高红移暗弱星系UVLF,拟合含FDM粒子质量的半经验模型,在2σ下排除全FDM质量低于1.5×10^-21 eV,并给出5×10^-22 eV的模型无关界限。
2025-02-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Ion chemistry in the early universe: revisiting the role of HeH+ with new quantum calculations
HeH+的作用已经在新计算的速率的帮助下进行了新的评估,该速率完全使用从头算方法,从而使我们能够更准确地计算早期宇宙全球化学网络中的相关丰度。与类似的作用的离子分子LiH+的比较。采用我们的新程序,基于负虚势方法,对HeH+与H原子的气相反应进行了量子计算。给出并讨论了在早期宇宙化学一般条件下得到的积分截面和反应速率系数。在新的反应速率下,早期宇宙中HeH+的丰度比以往的研究大了一个数量级以上。我们更准确的发现进一步支持了检测HeH+宇宙学特征的可能性。
2011-03-10 astro-ph.CO
Short Review of the main achievements of the Scalar Field, Fuzzy, Ultralight, Wave, BEC Dark Matter model
本文从历史角度综述了标量场暗物质模型(包括模糊、BEC、波动、超轻、类轴子等)的核心成就与观测对比,指出该模型可能是解答宇宙暗物质本质的最终答案。
2023-11-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Extremely metal-poor gas at a redshift of 7
在典型的天体物理环境中,重元素的丰度范围为太阳浓度的0.001至2倍。在银河系晕中的某些恒星和两个红移z = 3的类星体吸收系统中,发现了较低的丰度。这些被广泛解释为早期宇宙的遗迹,当时所有的气体都具有原始的化学性质。在此之前,还没有直接测量大爆炸后第一个Gyr的丰度,当时最早的恒星开始合成元素。在这里,我们报告了在z = 7.04的类星体光谱中观测到的氢和重元素吸收,当时宇宙的年龄只有7.72亿年(是现在年龄的5.6%)。我们探测到一个大的中性氢柱,但没有相应的重元素,如果气体处于引力束缚的原星系中,化学丰度将限制在太阳能水平的1/10,000以下,或者如果它是扩散和未束缚的,则小于1/1,000太阳能。如果吸收是真正的星系间的,这将意味着宇宙既没有被星光电离,也没有在z~7附近化学富集。如果它是受重力束缚的,则推断的丰度太低,无法促进有效的冷却,而该系统将是一个可行的位置,在早期宇宙中形成预测但尚未观测到的大质量第三星族恒星。
2012-12-03 astro-ph.CO
Consequences of Modified Cosmologies in DM abundance and PeV IceCube signals
为了解释IceCube合作组最近观测到的具有能量$\sim PeV$的高能天体物理中微子流和宇宙中DM的残余丰度,我们考虑了最小四维算符$\sim y_{αχ}\overline{L_{L_α}}\, H\, χ$ .假设宇宙学背景按照$f({\cal T})$宇宙学演化,其中${\cal T}$是标量挠率。
2019-03-24 astro-ph.CO
Halo mass functions in mixed cold and fuzzy dark matter models
Durham University(杜伦大学);Universität Bielefeld(比勒费尔德大学);University of Cambridge(剑桥大学)
使用AxiREPO框架模拟混合冷暗物质与模糊暗物质宇宙学,发现模糊暗物质通过波干涉抑制小尺度结构,降低低质量晕丰度,并引入一个依赖于红移和模糊暗物质分数的抑制函数模型,在0.1-0.2 dex精度内再现模拟结果。
2026-10-06 astro-ph.CO
Time Delay Anomalies of Fuzzy Gravitational Lenses
该研究针对模糊暗物质引发的强引力透镜时间延迟异常展开,推导了扰动幅度与暗物质占比、德布罗意波长的理论关系并经模拟验证,指出透镜暂现源的精确时间延迟测量为研究模糊暗物质性质提供独特机遇。
2024-09-27 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark Matter in the Local Universe
我们回顾如何暗物质分布在我们的本地邻居从观测和理论的角度。我们将首先描述我们自己的星系和本星系群中的暗物质晕。然后,我们继续描述暗物质在更大范围内的分布,即所谓的本宇宙。根据暗物质的性质,数值模拟预测不同丰度的子结构在本星系群星系,在数量的空洞区域和丰富的低旋转速度星系在本地宇宙。通过将这些预测与最近的观测结果进行比较,可以推导出对暗物质粒子物理性质的强约束。我们特别关注的结果,从受约束的本地宇宙模拟(CLUES)项目,一组特殊的模拟,其初始条件的约束,从本地宇宙的观测数据。由此产生的模拟旨在再现附近宇宙中观察到的结构。CLUES提供了一个数值实验室,用于模拟本星系群,并在一个旨在遵循观察到的本宇宙的环境中探索星系形成的物理学。作为近场宇宙学的数值模拟,它已经成熟。
2013-11-30 astro-ph.CO
Satellite stellar-to-halo mass relations in primordial black hole universes
CONICET(阿根廷国家科学研究委员会);Instituto de Astronomía Teórica y Experimental (IATE)(理论与实验天体物理研究所);Universidad Nacional de Córdoba (UNC)(科尔多瓦国立大学)
本研究通过对比CDM与FCT/PBH模拟,发现原初黑洞增强次暗晕丰度并使其更致密,但卫星恒星质量函数判别力弱,内部结构和动力学是更强检验,卫星丰度、动力学与致密暗扰子互为补充探针。
2026-09-30 astro-ph.CO
The Connection between Galaxies and Dark Matter Structures in the Local Universe
我们提供了新的约束,在本地宇宙中的星系之间的连接,确定了斯隆数字巡天(SDSS),和暗物质晕及其组成的子结构中的$Λ$ CDM模型使用WMAP 7宇宙学参数。对暗物质晕的丰度和聚集特性以及暗物质宿主和子结构之间的关系的预测是基于高分辨率的宇宙学模拟Bolshoi模拟。我们将星系与晕和subhalos使用subhalo丰度匹配,进行全面的分析,调查这种技术的基本假设,包括(a)晕属性是最密切相关的星系恒星的质量和光度,(b)有多少散射是在这种关系,(c)有多少subhalos可以剥离之前,他们的星系被摧毁。该模型共同约束的新的测量投影的两点星系团和观察到的条件恒星质量函数的星系群。这些数据把严格的限制卫星部分星系星系作为星系恒星质量的函数,晕和星系属性之间的散射,并在基本的条件恒星质量函数。这些数据排除了丰度匹配中常用的几个晕圈特性,主要是因为模型中的卫星分数与这些数据不一致。我们发现,一个丰度匹配模型,关联星系的晕的峰值圆速度是在良好的协议与数据,当散射的$0.20 \pm 0.03$德克斯在恒星质量在一个给定的峰值速度。这将产生重要的限制星系形成模型,也提供了令人鼓舞的迹象表明,星系-晕连接可以模拟足够的保真度,为未来的精确研究暗宇宙。
2013-03-13 astro-ph.CO
Fuzzy Aquarius: evolution of a Milky-way like system in the Fuzzy Dark Matter scenario
本文利用 AX-GADGET 对 Aquarius 类银河晕开展首个 FDM 高分辨率放大模拟,揭示有核密度与速度扁平化,并指出结构渐近形成孤子核,现行 FDM 质量限制需谨慎。
2022-10-14 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fuzzy Axions and Associated Relics
本研究在IIB型弦理论中系统分析模糊轴子暗物质的产生与遗迹,构建超35万卡拉比-丘紧化模型,发现典型衰变常数约10^16 GeV,需精细调节初始位移以避免过度产生,并给出相关宇宙学约束与双折射证据。
2024-12-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Modeling Post-Reionization HI Distributions in Fuzzy Dark Matter Cosmologies Using Conditional Normalizing Flows
本研究利用条件归一化流对模糊暗物质宇宙学中的中性氢分布建模,发现FDM降低HI丰度并增加偏置,且HIGlow网络能有效预测合成宇宙学的峰值通量。
2023-12-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
A weak lensing perspective on nonlinear structure formation with fuzzy dark matter
本文结合高阶微扰理论与N体模拟,从弱引力透镜角度评估FDM与CDM的非线性结构差异及可区分性。
2023-09-28 astro-ph.CO
Dilaton dominance in the early Universe dilutes Dark Matter relic abundances
暗子场的作用及其与物质的耦合可能导致暗物质(DM)遗迹密度的稀释。这与经典的场景形成对比,在经典的场景中,由于膨胀率的修改,遗迹密度增加,因为宇宙在DM去耦时不是辐射主导的。此外,膨胀子场还通过与尘埃的耦合作用影响遗迹密度,使遗迹丰度降低。因此,两个独立的机制相互竞争,导致,在一般情况下,减少的遗迹密度。如果直接暗物质实验指向小的中性伴子-核子截面,这意味着小的中性伴子湮灭率和大的遗迹密度,至少在流行的超对称场景中,这个特征可能是受欢迎的,可以挽救这种情况。在存在稀释机制的情况下,可以满足两个实验约束。在非临界弦论的背景下,已经研究了介子在这种机制中的作用,但在这项工作中,我们遵循一个相当普遍的方法,假设介子只在大爆炸核合成之前的早期时代占主导地位。
2011-04-30 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological scalar fields and Big-Bang nucleosynthesis
标量场被广泛用于宇宙学,特别是模拟暗能量,例如在精粹模型中,或解释暗物质,特别是在模糊暗物质模型中。此外,许多涉及原始标量场的场景,可能已经驱动了暴胀或重子生成,目前正在审查中。在这篇文章中,我们研究了这种标量场对大爆炸核合成的影响,并利用观测到的元素丰度导出了对它们参数的约束。
2019-07-09 astro-ph.CO
Primordial Nucleosynthesis: The Predicted and Observed Abundances and Their Consequences
在宇宙演化的早期,宇宙曾一度是一个宇宙核反应堆。宇宙的膨胀和冷却将这一时期限制在最初的几分钟内,这使得只有最轻的核素(D,3He,4He,7Li)的合成在天体物理学上非常有趣。对于宇宙学和粒子物理学(SBBN)的标准模型中的大爆炸核合成(BBN),SBBN预测的丰度仅取决于一个可调参数,重子密度参数(重子(核子)与光子的数量比)。回顾了遗留轻元素丰度的预测值和观测值,检验了原始核合成的内在一致性。BBN的一致性也探讨了通过比较宇宙学参数的值推断的原始核合成的标准模型和模型与非标准的早期宇宙膨胀率从宇宙背景辐射的研究,它提供了宇宙的快照约40万年后BBN结束。
2010-09-24 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Kaluza-Klein Towers in the Early Universe: Phase Transitions, Relic Abundances, and Applications to Axion Cosmology
我们研究了在质量产生相变存在下的卡鲁扎-克莱因(KK)塔标量场的早期宇宙学,重点是总塔能量密度(或遗迹丰度)的时间发展以及它在不同KK模式中的分布。我们发现,这两个功能是非常敏感的相变的细节,并可以表现在各种方式的后期宇宙学意义。特别是,我们发现,相变和它产生的混合的时间属性之间的相互作用是负责增强和supplantation在后期的丰度,有时由许多数量级。我们绘制出完整的模型参数空间,并确定传统的分析近似是有效的,他们失败。在后一种情况下,我们还提供了新的分析近似,成功地模拟我们的结果。最后,我们将这种机制的例子中的一个类轴子字段的散装,映射这些现象在一个扩大的轴子参数空间,超出了那些可访问的标准治疗。一个重要的副产品,我们的分析是一个替代的“UV为基础的”有效截断KK理论的发展有一些有趣的理论特性,区分它从更传统的“IR为基础的”截断通常用于额外的维文献。
2017-12-11 astro-ph.CO hep-ph
Multiverse Predictions for Habitability: Element Abundances
我们调查元素丰度对物理常数的依赖关系,以及这对各种建议的可居住性标准的复杂生命分布的影响。我们考虑丰度变化的三个主要来源:不同的超新星速率,大质量恒星中的α燃烧和同位素稳定性,以及每一个如何影响金属与岩石的比例和碳,氧,氮,磷,硫,硅,镁和铁的丰度。我们的分析导致了几个预测,其中可居住性标准是正确的,通过确定哪些标准使我们的物理常数的观测,以及我们宇宙的其他一些观测特征,最有可能。我们的研究结果表明,富碳或贫碳的行星是不适合居住的,稍微富镁的行星是适合居住的,生命对氮丰度的依赖并不太敏感。我们还发现了暗示性但非决定性的证据,表明富含金属的行星和贫磷的行星是适合居住的。这些预测可以通过探测我们宇宙中与其他宇宙中的正常环境非常相似的区域来检验。如果这些预测中的任何一个被发现是错误的,那么多元宇宙情景将预测大多数观察者出生在与我们的宇宙大不相同的宇宙中,因此可以被排除,以不同程度的统计意义。
2023-02-20 astro-ph.CO astro-ph.EP astro-ph.GA
keV Neutrino Dark Matter in a Fast Expanding Universe
本文研究了标准模型的最小$U(1)_{B-L}$规范扩展中存在keV中微子暗物质的可能性。在不考虑额外的粒子或对称性的情况下,我们认为最轻的右手中微子在keV质量范围内,这是运动学上长寿命的。由于规范相互作用,这样的keV中微子可以在早期宇宙中热产生,然后在相对论性的情况下去耦。这种keV中微子的最终剩余丰度通常会超过宇宙,需要额外的机制将其置于观测极限之下。我们提出了一个非标准的宇宙学历史的标量场$ϕ$,红移速度比辐射占主导地位的宇宙之前,辐射占主导地位的时代。我们发现,这样一个非标准的阶段可以保持丰富的热生成keV中微子暗物质内观察到的遗迹丰度。我们约束的非标准相,$U(1)_{B-L}$参数从这些要求,也简要地评论后,观测方面的keV中微子暗物质。
2018-09-10 astro-ph.CO hep-ph
Axial Anomaly in Galaxies and the Dark Universe
受SU(2)$_{\rm CMB}$宇宙学模型$Λ$ CDM修正的启发,我们考虑了孤立的模糊暗物质块,它由超轻的轴子粒子组成,其质量由不同的SU(2)杨-米尔斯尺度和普朗克质量$M_P$引起。与SU(2)$_{\rm CMB}$相反,这些杨-米尔斯理论在宇宙历史的大部分时间里都处于限制阶段(零温度),并与粒子物理学的标准模型的三种轻子味相关联。随着宇宙的膨胀,轴子模糊暗物质包括一种三组分流体,当暗能量(一种全局轴子凝聚体)转化为暗物质时,这种流体会经历某些去渗透转变。我们提取最轻的轴子质量$m_{a,e}= 0.675\times 10^{-23}\,$ eV的动机良好的模型拟合观测到的旋转曲线在低表面亮度的星系(星系表)。由于孤立块的维里质量仅取决于$M_P$和相关的杨-米尔斯标度,因此e-块的性质预测了$μ$ -块和$τ$ -块的性质。因此,一个典型的电子团块维里质量$\sim 6.3\times 10^{10}\,M_\odot$表明,银河系中心的大质量致密天体,如银河系中的人马座A $^*$,是(合并的)$μ$ -和$τ$ -团块。此外,$τ$ -团块可能构成球状星团。SU(2)$_{\rm CMB}$总是热化的,它的轴子凝聚体从来没有脱附。如果轴向异常确实将轻子与暗物质联系起来,将CMB与暗能量联系起来,那么这将通过粒子物理学的一个牢固确立的特征揭开暗宇宙的神秘面纱。
2021-06-16 astro-ph.CO hep-ph hep-th
The Supercooled Universe
TeV的强耦合理论可以自然地在早期宇宙中驱动长时间的过冷。被困在退禁闭相,宇宙可以膨胀和冷却,直到温度达到QCD强标度。我们展示了如何在这些低温下QCD效应是重要的,并可能引发退出漫长的过冷时代。我们还研究了遗迹丰度的影响。特别是,在过冷结束时释放的潜热可能是暗物质和重子能量密度相似的原因。轴子丰度也可能受到显着影响,允许更大的值的轴子衰变常数。最后,我们讨论了如何一个长的过冷时期可能会导致增强的引力波信号。
2019-05-28 astro-ph.CO hep-ph
From Quark-Gluon Universe to Neutrino Decoupling: 200<T<2MeV
探讨了夸克和强子宇宙的性质。动力学理论的考虑,证明强子丰度后,从夸克到强子的相变保持不变,直到强子的丰度变得无关紧要。详细描述了强子化过程和强子产额的演化。
2012-11-19 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Cosmological scalar fields and Big-Bang nucleosynthesis
暗物质和暗能量的性质构成了宇宙中能量的$95\%$以上,这仍然是宇宙学中一个尚未解决的重大问题。冷暗物质可以由超轻的标量场组成,它的质量项只与引力相互作用。用来解释最近宇宙加速膨胀的宇宙学常数可以很容易地用一个由势支配的标量场来代替。更一般地说,标量场在宇宙学中是普遍存在的:暴胀子、微扰子、模量、精粹、模糊暗物质、暗流体等都是一些例子。人们可能想知道是否所有这些标量场都是独立的。暗流体模型的目的是统一的精髓和模糊暗物质模型与一个独特的标量场。下一步是统一暗流体模型和暴胀理论。在非常早期的宇宙中,这样的标量场不受直接观测的强烈约束,但是大爆炸核合成对标量场模型的约束导致元素丰度的修改。在这次演讲中,我们将提出一个统一暗物质,暗能量和暴胀的标量场模型,并研究大爆炸核合成对原始标量场的约束。
2020-12-08 astro-ph.CO astro-ph.HE
Fundamental physics with the Hubble Frontier Fields: constraining Dark Matter models with the abundance of extremely faint and distant galaxies
我们发现,在$z\approx 6$在哈勃前沿场(HFF)的超微弱透镜星系的测量丰度提供了严格的约束参数空间的i)暗物质模型的基础上keV的不育中微子; ii)“模糊”波状暗物质模型,基于超轻粒子的玻色-爱因斯坦凝聚体。对于不育中微子,我们考虑了两种产生机制:通过与活跃中微子混合产生的共振产生和标量粒子的衰变。对于前一个模型,我们推导出组合的无菌中微子质量$m_ν$和混合参数$\sin^2(2θ)$,提供了严格的下限混合角(因此轻子不对称性)的方法独立于重子物理。对于后者,我们计算的标量质量,其耦合到希格斯场,和汤川耦合的标量不育中微子的允许组合。我们比较我们的结果,独立的,现有的天体物理界在相同的质量范围内的不育中微子。对于“模糊”的情况下,暗物质,我们发现,所观察到的数密度$\approx 1/{\rm Mpc}^3$的高红移星系在HFF设置一个下限$m_ψ\geq 8\cdot 10^{-22}$电子伏特(在3- $σ$置信水平)的粒子质量,结果强烈反对波状玻色子暗物质作为一个可行的模型结构形成。我们讨论的影响,我们的结果的不确定性,由于系统学在选择高度放大,微弱的星系在高红移。
2017-01-11 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Thermal Relics in Modified Cosmologies: Bounds on Evolution Histories of the Early Universe and Cosmological Boosts for PAMELA
基于广义相对论扩展的替代宇宙学预测了大爆炸前核合成(BBN)时代早期宇宙中修改的热历史,该时代不直接受宇宙学观测的约束。当膨胀率相对于标准情况提高时,热遗迹通常与较大的遗迹丰度解耦。因此,与标准宇宙学相比,对于较大的湮灭截面,可以得到遗迹丰度的正确值。一个直接的结果是间接检测率提高。扩展我们以前的分析,我们得到更新的天体物理界的暗物质湮灭截面,并使用它们来约束替代宇宙学在前-BBN时代。我们还确定了这些替代宇宙学的特点,以提供正确的价值遗物丰度的热遗物的(大)湮灭截面所需的解释PAMELA结果的正电子分数,因此提供了一个“宇宙学提升”的解决方案的暗物质解释的PAMELA数据。
2010-06-21 astro-ph.CO hep-ph
Collisionless damping of the gravitational instability in fuzzy dark matter: spectral shape and quantum-to-thermal crossover
Institute for Advanced Academic Research, Chiba University(千叶大学先进学术研究学院);Center for Computational Sciences, University of Tsukuba(筑波大学计算科学中心);Department of Physics, The University of Tokyo(东京大学物理学系)
在模糊暗物质宇宙背景下,从维格纳输运方程出发,用朗道方法推导动力学色散关系,通过量子与热的无量纲比α揭示频谱形状转变及量子到热的交叉,为约束参数和研究星系结构相变提供理论基础。
2026-07-07 astro-ph.CO physics.plasm-ph
After the Dark Ages
在回顾了宇宙学中的一些难题并简要回顾了弗里德曼-勒梅特宇宙之后,描述了一个简单的“黑暗区”统一模型。这个模型涉及一个标量场和一个赝标量轴子场,它们分别以"精粹“和"模糊”暗物质的形式产生暗能量。该模型的预测有关的宇宙的后期演化和可能的影响的问题,观察到的物质反物质不对称性的宇宙中勾勒。
2022-05-24 astro-ph.CO math-ph math.MP
ETHOS -- an effective theory of structure formation: predictions for the high-redshift Universe -- abundance of galaxies and reionization
我们对比预测的高红移星系人口和再电离的历史之间的冷暗物质(CDM)和另一种自相互作用的暗物质模型的基础上,最近开发的ETHOS框架,阐明了小规模CDM的挑战,在本地组。我们进行了最高分辨率的流体动力学宇宙学模拟(一个36兆秒差距的$^3$体积与气体细胞质量的$\sim10^5\mathrm{M}_{\odot}$和$\sim180$ ~pc的最小气体软化)内ETHOS的日期-加上CDM对应-量化的丰富的星系在高红移和它们对再电离的影响。我们发现,ETHOS预测的星系具有更高的紫外(UV)光度比他们的CDM同行和更快的建立的暗端的UV光度函数。然而,这些效应使得再电离的光学深度对功率谱截止不太敏感:ETHOS模型与CDM $τ$值的差异仅为10%,如果紫外光子的有效逃逸分数为0.1-0.5,则与普朗克极限一致。我们的结论是,目前的观测高红移光度函数不能区分ETHOS和CDM模型,但深JWST调查强透镜,固有的暗淡星系有可能测试非CDM模型,提供有吸引力的解决方案CDM的本地组问题。
2019-01-09 astro-ph.CO hep-ph
Stasis in an Expanding Universe: A Recipe for Stable Mixed-Component Cosmological Eras
膨胀宇宙的一个特征是其不同成分的宇宙丰度随时间的变化。例如,一个辐射主导的宇宙不可避免地让位于一个物质主导的宇宙,而像物质辐射平等这样的关键时刻是短暂的。在本文中,我们指出,这种说法并不总是正确的,它是可能的,以获得一种形式的“停滞”,其中的相对宇宙丰度$Ω_i$的不同组件保持不变,在延长宇宙学时期,即使宇宙膨胀。此外,我们证明,这种情况是没有微调,但实际上是全球吸引子在某些宇宙学框架内,宇宙自然地朝着这种长期的停滞期为各种各样的初始条件。因此,这种停滞状态的存在在整个宇宙学时间轴上产生了许多新的理论可能性,从原始密度扰动、暗物质产生和结构形成的潜在影响,一直到早期再加热、早期物质主导时代,甚至宇宙的年龄。
2022-01-18 astro-ph.CO hep-ph
Simulating the Universe with MICE: The abundance of massive clusters
我们介绍了一套新的大型N体运行,MICE模拟,提供了一个独特的组合非常大的宇宙体积与良好的质量分辨率。它们遵循的是约85亿个粒子(2048^3)的引力演化过程,其体积可达450(Gpc/h)^3。我们的主要目标是精确地建模和校准即将到来的天文调查将使用的基本宇宙学探测器。在这里,我们利用非常大的体积的MICE作出一个强大的采样晕质量函数(MF)的高质量尾部。我们讨论和避免可能的系统效应在我们的研究,并做了详细的分析,不同的误差估计。我们发现,可用的晕局部丰度拟合(Warren et al.(2006))与MICE中高达M ~ 10^{14} \Msun的丰度匹配良好,但对于更大的质量存在显著偏差,在M = 3.16 x 10^{14} \Msun(10^{15} \Msun)时,将质量函数低估了10%(30%)。类似地,广泛使用的Sheth & Tormen(1999)拟合,如果外推到假设普适性的高红移,则对于M ~ [7 - 2.5 - 0.8] x 10^{14} \Msun($ν= δ_c/σ~ 3$),在z=0,0.5,1处的星系团丰度分别被低估了30%,20%和15%。我们提供了一个在质量上超过5个数量级有效的晕MF的重新校准,10^{10} < M/(\Msun)< 10^{15},准确地描述了它的红移演化到z=1。我们探讨了这种重新校准对暗能量测定的影响,并得出结论,…
2009-12-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Updated BBN Bounds on Hadronic Injection in the Early Universe: The Gravitino Problem
Universidade Federal do Rio Grande do Norte(北里奥格兰德联邦大学);International Institute of Physics, Universidade Federal do Rio Grande do Norte(北里奥格兰德联邦大学国际物理研究所);Millennium Institute for Subatomic Physics at the High-Energy Frontier (SAPHIR) of ANID(智利国家研究与创新发展局高能前沿亚原子物理学千年研究所);Universita degli Studi di Messina(墨西拿大学);INFN Sezione di Catania(意大利国家核物理研究所卡塔尼亚分部);Universidad de La Serena(拉塞雷纳大学)
研究早期宇宙中长寿命粒子强子衰变对轻元素丰度的影响,结合最新测量根据粒子寿命限制其原始丰度,还将结果应用于引力子问题,设定再加热温度界限。
2026-07-29 astro-ph.CO hep-ph
PeV IceCube signals and Dark Matter relic abundance in modified cosmologies
IceCube实验发现了能量为PeV量级的高能天体物理中微子通量,为天体粒子物理学开辟了新的场景。解释这种现象的一种可能性是考虑暗物质(DM)衰变的最小模型,即四维算子$\sim y_{αχ}\overline{L_{L_α}}\, H\, χ$,它也能够产生宇宙中DM的正确丰度。假设宇宙学背景是按照标准宇宙学模型演化的,那么得到正确的DM遗迹丰度($Γ_χ\sim 10^{-58}$)所需的DM衰变率$Γ_χ\sim |y_{αχ}|^2$与解释冰立方数据($Γ_χ\sim 10^{-25}$)所需的DM衰变率相差很多个数量级,这使得四维算子不适用。在本文中,我们表明,假设早期宇宙演化是由一个修改的宇宙学,DM衰变率之间的差异可以调和,冰立方中微子率和遗迹密度可以在一个极小模型解释。
2018-04-19 astro-ph.CO astro-ph.HE
Dynamics of Wave Structures in Multifield Fuzzy Dark Matter Halos
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences(中国科学院高能物理研究所);University of Chinese Academy of Sciences(中国科学院大学)
本研究通过高分辨率数值模拟,探究多场模糊暗物质晕的波结构动力学,发现场数增加会抑制颗粒的动力学加热,且中心核贡献会削弱该抑制趋势。
2026-08-25 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Hiding in plain sight: An abundance of compact massive spheroids in the local Universe
人们普遍认为,紧凑、大质量、椭圆状的星系在高红移下非常丰富,但在今天的宇宙中非常罕见,这意味着它们在z ~ 2+/-0.6处的大小增加了3到6倍,成为今天的大质量椭圆星系。这些说法是基于测量星系的半光半径的研究,就好像它们都是单组分系统一样。在这里,我们确定了21个在90 Mpc以内的球状恒星系统,它们具有半光,长轴半径R_e < ~2 kpc,恒星质量0.7x10^{11} < M_*/M_Sun < 1.4x10^{11},Sersic指数通常在n=2到3之间。在我们自己的后院里,有大量致密、巨大的球状体--其数密度为6.9 × 10 ^{-6} /Mpc ^3(或每单位恒星质量dex为3.5 × 10 ^{-5} / Mpc^3)--并且具有与高红移星系相同的物理性质,由于它们被包裹在恒星盘中,通常导致“星系”的大小明显大于2千秒差距,因此被忽视了。此外,该数密度是下限,因为它不是来自体积有限的样品。实际的密度可能更接近10^{-4} / Mpc^3,但需要进一步的工作来证实这一点。因此,我们得出结论,并不是所有的大规模的“球体”经历了戏剧性的结构和大小的演变,因为z ~ 2+/-0.6。由于早期盘状星系的膨胀主要由z ~ 2的老恒星组成,因此一些观测到的高红移球状体并没有像通常所主张的那样通过构建(3D)三轴包络来增加尺寸,并且(2D)盘的生长在过去的90 - 110亿年中…
2015-03-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Multipolar Dark Matter Freeze-out in an Early Matter-Dominated Universe
Indian Institute of Science(印度科学研究所);Tata Institute of Fundamental Research(塔塔基础研究所)
研究早期物质主导宇宙中费米子暗物质通过高维电磁算符与标准模型相互作用的冻结,考虑多种相互作用并计算耦合,对比参数空间与标准场景及当前约束,发现熵稀释使可行参数空间变化,凸显早期宇宙学历史对暗物质现象学和实验可行性的影响。
2026-07-10 astro-ph.CO hep-ph
Resolving conclusions about the early Universe requires accurate nuclear measurements
核物理实验给出了反应速率,通过建模和与原始丰度的比较,限制了宇宙学参数。关键反应\dpg的误差线在2020年收紧,暴露了不同分析之间的差异,并要求对其他反应进行更准确的测量。
2021-04-22 astro-ph.CO nucl-th
The statistics of primordial black holes in a radiation dominated Universe -- recent and new results
本文回顾了辐射主导宇宙中原初黑洞的非线性统计,发现质量谱遵循由自相似坍缩临界指数确定的幂律,并指出Press-Schechter近似等方法会导致丰度与质量谱的错误结论。
2023-09-14 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The effect of local universe constraints on halo abundance and clustering
宇宙学$N$体模拟宇宙中的暗物质成分通常使用具有固定功率谱和密度场随机相位的初始条件,导致仅在统计意义上与星系局部分布一致的结构。然而,我们还是有可能推断出导致我们周围星系和星系团构型的初始阶段。我们分析了CSiBORG套件的101个模拟,通过约束密度场在155 Mpc $/h$与暗物质粒子质量$4.38\times10^9 M_\odot$,量化的程度限制施加在2.65 Mpc $/h$规模减少方差晕质量函数和晕晕交叉关联函数的范围内的规模。这是通过将CSiBORG与无约束Quijote模拟的子集和对$Λ$ CDM平均值的期望进行对比来实现的。使用FOF,PHEW和HOP halofinders,我们表明,CSiBORG套件拍宇宙方差在大质量尺度($\gtrsim 10^{14}M_{\odot}/h$),这是最强烈的初始条件的约束,并表现出显着的晕晕交叉相关出$\sim30$ Mpc $/h$。此外,约束的效果向下扩展到较低质量的物体和低于它们所施加的尺度的尺度。最后,我们开发了一种算法,实现之间的“双”晕,并表明,大约50%的晕质量大于$10^{15}M_{\odot}/h$可以确定在所有实现的CSiBORG套件。我们使CSiBORG晕目录公开提供给未来的应用程序,需要当地晕场的知识。
2022-08-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constraints on neutrino masses from WMAP5 and BBN in the lepton asymmetric universe
本文利用马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)方法对中微子的质量$m_ν$和简并参数$ξ_i$等性质进行了约束.为了一致地考虑简并度参数的影响,我们对每个$ξ_i$和其他宇宙学参数的值运行大爆炸核合成代码来估计氦丰度,然后将其用于计算CMB各向异性谱,而不是将其视为自由参数。我们发现,对$m_ν$的约束是相当强大的,并没有变化很大,即使轻子不对称性是允许的,并给出了$\sum m_ν< 1.3 \rm eV$($95 % \rm C.L.$)。
2009-07-03 astro-ph.CO hep-ph
Relic Abundance of Asymmetric Dark Matter
我们研究了早期宇宙中处于热平衡的非对称暗物质粒子的遗迹丰度。将对称暗物质的标准解析计算推广到非对称情形。我们计算所需的不对称性来解释观测到的暗物质遗迹丰度作为湮灭截面的函数。我们发现,引入不对称总是减少间接检测信号从WIMP湮灭,虽然它有一个更大的湮灭截面比对称的暗物质。这为构建MeV暗物质的现实模型开辟了新的可能性。
2011-06-26 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter Freeze-in Production in Fast-Expanding Universes
如果暗物质是在大爆炸核合成之前的早期宇宙中产生的,那么修改后的宇宙历史可以极大地影响残余暗物质粒子的丰度。在这里,我们假设一个额外的物种辐射在早期占主导地位,导致在一个给定的温度下的膨胀率大于在标准的辐射主导的情况下。我们证明,如果是这种情况下,暗物质生产通过冻结(一种情况下,当暗物质相互作用非常弱,并倾倒在早期宇宙的平衡衰变或散射过程中涉及粒子在热浴)是显着抑制。我们说明和定量和分析研究这一现象的三个不同的范式类冻结的情况。为了使冻结的暗物质丰度与观测结果一样大,暗物质和可见扇区粒子之间的耦合必须增强几个数量级。这为探测冻结产生的暗物质的实验和观测前景带来了一些乐观的前景。
2018-02-22 astro-ph.CO hep-ph