Signatures of afterglows from light dark matter boosted by supernova neutrinos in current and future large underground detectors
本文建立了计算银河系任意位置超新星中微子助推暗物质通量的通用框架,在 U(1)_{Lμ-Lτ} 模型中分析其时间、角度和能谱特征,并给出 Super-K、Hyper-K 和 DUNE 的预期探测灵敏度。
2024-05-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Supernova-Neutrino-Boosted Dark Matter from All Galaxies
本研究拓展超新星中微子助推暗物质的概念,评估了高红移所有星系的弥散助推暗物质通量,得出大型中微子实验可达到的截面灵敏度,并验证了暗物质尖峰对两类探测的影响有限。
2024-09-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Constraining the non-gravitational scattering of baryons and dark matter with early cosmic structure formation
我们得到新的约束条件的非引力重子暗物质散射(BDMS)通过评估的质量阈值的暗物质(DM)晕中,原始气体可以有效地冷却,形成第三族(Pop III)的恒星,根据所观察到的21厘米的吸收信号的时间。我们主要研究具有相互作用截面$σ=σ_{1}[v/(1\ \mathrm{km\ s^{-1}})]^{-4}$的BDMS模型,其中$σ=σ_{1}[v/(1\ \mathrm{km\ s^{-1}})]^{-4}$是碰撞的相对速度。我们的研究结果排除了参数空间中的区域与$σ_{1}\gtrsim 10^{-19}\ \mathrm{cm^{2}}$和DM粒子质量$m_χc^{2}\lesssim 3\times 10^{-2}\ \mathrm{GeV}$,宇宙数密度的Pop III主机在红移$z\sim 20$是至少三个数量级小于标准的拉姆达冷DM($Λ$ CDM)的情况下。在这些BDMS模型中,形成的Pop III星显着抑制$z\gtrsim 20$,观察到的全球21厘米吸收信号的时间不一致。对于基准BDMS模型与$m_χc^{2}=0.3$ GeV和$σ_{1}=8\times 10^{-20}\ \mathrm{cm^{2}}$,能够容纳测量的吸收深度,Pop III主机的数量密度减少了一个因素$3-10$在$z\sim 15-20$,当21厘米的信号被印迹,与$Λ$ CDM模型相…
2019-06-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Core-Cusp revisited and Dark Matter Phase Transition Constrained at O(0.1) eV with LSB Rotation Curve
最近提出了一个新的粒子物理模型--束缚暗物质(BDM)模型,其中暗物质(DM)粒子在阈值能量(Ec)以上是无质量的,而在低于阈值能量(Ec)时由于非微扰方法而获得质量。因此,BDM模型描述的DM粒子是位于星系内部区域的相对论性热暗物质,而BDM模型描述的是非相对论性冷暗物质,其中晕密度低于rho_c = Ec ^[4]。为了在星系中实现这一想法,我们使用了一个特殊的DM核心配置文件,其中包含三个参数:一个标度长度(rs)和密度(rho_0)的晕,和核心半径(rc)源于相对论性质的BDM模型。我们测试这个模型拟合旋转曲线的17个低表面亮度星系的HI附近星系巡天(THINGS)。由于能量Ec参数化的相变由于底层粒子物理模型,它是独立的星系或结构形成的细节,因此DM轮廓参数rs,rc,Ec的约束,只留下两个自由参数。该样本的高空间和速度分辨率允许通过对质量模型进行卡方拟合优度检验的数值实现来推导模型参数。我们比较的配件与Navarro-Frenk-White(NFW),Burkert,和伪等温(ISO)配置文件。通过结果,我们得出结论,BDM配置文件适合更好,或同样好,比NFW,Burkert,和ISO配置文件,并同意与以前的结果,这意味着核心配置文件是首选的N体激励尖突配置文件。我们还计算了不同星系和物质含量的BDM参数rc和Ec的二维似然度,发现当DM晕是唯一的组成部分时,平均星系核…
2012-03-07 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Why the dark matter of galaxies is clumps of micro-brown-dwarfs and not Cold Dark Matter
Schild在1996年对类星体微透镜现象的观测表明,星系中的重子暗物质BDM是微褐矮星,是在等离子体到气体跃迁10^13秒时形成的原始氢氦行星,形成万亿颗行星的团块,称为原球状星团PGC。当视界尺度L_H = ct与Gibson(1996)的Schwarz粘性尺度L_SV相匹配时,等离子体的大光子粘性ν允许超星系团质量在10^12秒发生引力碎裂。空洞以音速c/ 3^1/2开始膨胀,其中c是光速,t是时间,这解释了10^25米大小的区域被观测到没有任何物质,无论是BDM还是非重子NBDM。大多数NBDM是弱碰撞,强扩散,类中微子粒子。如果假设冷的NBDM(CDM),它必须很快变得温暖和扩散,因为它是弱碰撞的。它不能聚集,它的聚集也不能聚集。Kroupa等人(2010)的本地卫星观测结果以99%的置信度排除了CDM。卫星是PGCs的集群。PGC被银河系重新捕获在一个吸积盘上,因为它们冻结并从其核心扩散,形成BDM晕。恒星是由原始气体行星在原始星系中的粘性合并形成的。恒星因过量摄入mBD而死亡,在200万至800万年时产生了第一批化学物质、海洋和生命。
2011-03-05 astro-ph.CO astro-ph.EP
Dissecting Galaxy Formation: I. Comparison Between Pure Dark Matter and Baryonic Models
我们比较组装的DM晕和没有重子,在宇宙演化的背景下,在LCDM WMAP 3宇宙(重子+DM,BDM模型,和纯DM,PDM模型)。在有代表性的PDM和BDM模型中,我们发现重子对中心区域的演化有决定性的贡献,导致等温DM尖点,以及平坦的DM密度核心--在静止演化时期由子结构的动态摩擦加热的结果。这一过程从一个嵌入的盘中烧蚀冷气体,使恒星形成率降低约10,并加热球状气体和恒星成分,引发它们的膨胀。在重子的存在下,子结构更有弹性。根据气体含量和球盘恒星质量比,由内向外形成的气体盘在z ~ 2时转变为哈勃中期型,z ~ 0.5时转变为早期型。在PDM和BDM模型中,只有相对较小的~20%的DM粒子被束缚在晕中的最大圆速度半径内-大多数DM粒子执行较大的径向偏移。我们还发现,在晕维里半径的重子的分数有所增加,在主要合并和减少,在次要合并。净效应似乎可以忽略不计。当子结构被潮汐破坏时,其碎片在晕中的混合效率不高,并且随着z的增加而变得更低。在z ~ 1之后形成的流光大部分保留到了现在--这是嵌入盘演化的一个重要暗示。
2009-08-07 astro-ph.CO
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
The unified Bound Dark Energy--Bound Dark Matter model: theory and constraints from DESI DR2
Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México(墨西哥国立自治大学物理研究所)
该研究提出统一BDE-BDM模型,从单一超对称SU(3)群导出暗能量与暗物质,拟合DESI DR2等数据,其拟合效果优于wowa模型且贝叶斯证据最大。
2026-10-16 astro-ph.CO
Galactic phase transition at Ec=0.11 eV from rotation curves of cored LSB galaxies and nonperturbative dark matter mass
本文分析了HI近地星系巡天(THINGS)中17个低表面亮度(LSB)星系在不同质量模型下的自转曲线,研究了它们的核心结构,并确定了束缚暗物质(BDM)模型中由于非微扰效应引起的热、冷暗物质之间的相变能量标度(E_c)。我们的研究结果同意与以前的核心配置文件是首选的N体激励的尖状NFW配置文件。我们发现星系核的平均半径r_c = 260 \times 10^{+/- 1.3} pc,相变能量E_c = 0.11 \times 10^{+/- 0.46} eV,与中微子质量之和处于同一数量级。
2012-01-09 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Warm dark matter does not do better than cold dark matter in solving small-scale inconsistencies
在过去的十年中,热暗物质(WDM)已被反复提出作为替代方案的标准冷暗物质(CDM)之一,可能解决CDM模型和小尺度观测之间的几个分歧。在这里,我们重新考虑最重要的CDM小规模的差异,在最近的观测WDM的限制。因此,我们发现,一个传统的热(或热类)WDM宇宙学的粒子质量与莱曼- $α$协议是几乎无法区分的CDM在相关的尺度上,因此未能减轻任何小尺度的问题。这种失败的原因是传统WDM的功率谱下降得太快。为了保持WDM作为一个显着不同的替代CDM,更先进的生产机制,导致多个暗物质组件或逐渐减少的小规模功率谱必须考虑。
2014-12-08 astro-ph.CO
The Cosmic Linear Anisotropy Solving System (CLASS) IV: Efficient implementation of non-cold relics
我们提出了一种新的灵活,快速和准确的方法来实现大质量中微子,温暖的暗物质和任何其他非冷暗物质遗物在玻尔兹曼代码。对于相空间分布函数的任何解析或数值形式,通过比较求积方法,可以自动找到与给定精度水平兼容的动量空间中的最佳采样。通过切换到哈勃半径内的近似粘性流体描述,扰动积分变得更快,这与文献中讨论的先前近似不同。当在最小宇宙模型中加入一个大质量中微子时,CLASS的速度只有1.5倍,而不是其他代码中的5倍(对于固定的精度要求)。我们说明了我们的方法的灵活性,通过考虑一些标准或非标准中微子的例子,以及温暖的暗物质模型。
2015-10-13 astro-ph.CO
Solving the Hubble tension at intermediate redshifts with dynamical dark energy
本文提出在中等红移处通过引入依赖红移的系统效应使光度距离与角直径距离一致,并用动力学暗能量修正膨胀历史,从而解决哈勃张力。
2023-11-28 astro-ph.CO
Evolution of proto-galaxy-clusters to their present form: theory and observations
根据流体引力动力学理论HGD,引力结构的形成始于湍流大爆炸后30,000年(10^12秒),通过粘性引力破碎成超星系团空洞和10^46公斤的原星系超星系团。线性和螺旋气体原星系GPG是在10^13 s退耦时等离子体时期出现的最小碎片,具有Nomura湍流形态和长度尺度L_N ~(γν/ ρG)^1/2 ~10^20 m,由10^12 s退耦时等离子体的应变率γ、光子粘度ν和密度ρ确定。GPG分裂成10^36公斤的原球状星团PGC团块,这些团块由10^24公斤的原始雾粒子PFP暗物质行星组成。所有的恒星都是由行星合并形成的,其中约97%是未合并的星系重子暗物质。非重子暗物质NBDM的碰撞非常弱,它扩散形成星系团晕。它不指导星系形成,与传统的冷暗物质等级聚类CDMHC理论(Γ=0)相反。NBDM拥有宇宙质量的97%。它通过引力将旋转的星系团结合在一起。星系自转轴与CMB温度异常的低波数球谐分量相匹配,并且在类星体偏振矢量中延伸到4.5x10^25 m(1.5 Gpc),这需要一个大爆炸湍流起源。GPG通过冻结气体行星的摩擦过程粘在一起,就像PGCs在宇宙的13.7 Gyr年龄中一直处于亚稳定状态一样。
2010-04-12 astro-ph.CO gr-qc
Coincidence problem within dark energy as a coupled self-interacting Bose-Einstein gas
宇宙的后期加速膨胀是由非相对论性粒子与短程吸引相互作用,以及足够低的温度产生玻色-爱因斯坦凝聚体获得的;通过考虑耦合的暗能量粒子,能量与暗物质交换,使其能够通过加强其效应来描述最近的加速。我们发现,在相当大的参数范围内,暗能量和暗物质的演化具有相似的能量密度,解决了重合问题,并与来自超新星数据的光度距离与红移相一致。
2014-05-13 astro-ph.CO
Solving the Cusp-Core Problem with a Novel Scalar Field Dark Matter
Matos、Guzman和Nunez提出了一个基于指数势标量场的星系晕模型,该模型可以诱导出对所有半径恒定的旋转曲线。我们证明了在适当的边界条件下,这种标量场暗物质(SDM)不仅可以产生观测到的大半径恒定旋转曲线,而且还可以在银河系核心区域附近产生正确的幂律标度。这解决了传统冷暗物质(CDM)模型所面临的尖核问题。
2011-03-23 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Thermal Fluctuations of Dark Matter in Bouncing Cosmology
我们研究了在弹跳宇宙学中产生的暗物质粒子的统计性质,特别是其热涨落的演化。通过对超视界模运动方程的显式推导和求解,我们完全确定了一般弹跳背景下暗物质的热扰动演化。我们还证明了超视界模的演化是稳定的,不会破坏一般的弹跳宇宙的背景演化,直到普朗克尺度。在标准暴胀场景中,如WIMP(-less)奇迹,暗物质的超视界热扰动并不存在,而在一般的弹跳宇宙场景中,这种暗物质的超视界热扰动对于检验和区分这两种场景具有重要意义。
2016-08-22 astro-ph.CO
Automatic detection of fast oscillations of dark matter scalar field and updated cosmological constraints on QCDM
University of Hartford(哈特福德大学);Northeastern University(东北大学)
本研究提出一种在\texttt{CLASS}中实现的带振荡自动探测的平均技术,解决暗物质标量场快速振荡的数值求解难题,更新了QCDM模型的宇宙学约束。
2026-08-14 astro-ph.CO
Perturbative Resonance during Dark Matter Production and Its Cosmological Implications
为了从宇宙微波背景观测中追踪暗物质的粒子性质,我们研究了暗物质产生过程中密度扰动和原初度规扰动的协同演化.求解微扰爱因斯坦和玻尔兹曼方程,我们揭示了DM密度微扰和度量微扰的标量模式之间的放大微扰共振,由DM生产驱动。这种微扰共振不影响张量模,并抑制了度量微扰$r$的张量标量比。利用一个典型的宇宙再加热模型,我们得到了DM粒子质量$m_χ$与$r$之间的直接关系,这可以在未来的原始引力波搜索中约束$m_χ$.
2022-11-10 astro-ph.CO
Reconstruction of the dark matter-vacuum energy interaction
真空能量和暗物质之间的相互作用是一种有趣的可能性,它可能提供一种解决宇宙学常数问题的方法。采用一般的处方之间的动量交换的两个黑暗的组件,我们重建$α(a)$,暗物质和真空能量之间的耦合强度的时间演化,在一个非参数贝叶斯方法使用组合观测数据集从宇宙微波背景,超新星和大尺度结构。真空能量和暗物质之间不断发展的相互作用消除了不同数据集之间的一些紧张关系。然而,在贝叶斯意义上,它并不优于$Λ$ CDM,因为拟合的改善不足以补偿参数空间的体积的增加。
2015-12-22 astro-ph.CO
Solving the small-scale structure puzzles with dissipative dark matter
在耗散暗物质的背景下研究小尺度结构,例如在具有隐藏的连续阿贝尔扇区的模型中产生,因此暗物质耦合到无质量的暗光子。暗区通过引力和光子-暗光子动力学混合与普通物质相互作用。镜像暗物质是一种理论上受限制的特殊情况,其中除了动力学混合强度$ε$之外,所有参数都是固定的。在这些模型中,螺旋星系和不规则星系周围的暗物质晕以耗散等离子体的形式出现,这些等离子体响应于各种加热和冷却过程而演化。以前有人认为,这种动力学可以解释星系的推断核心密度分布和其他相关的结构特征。在这里,我们专注于附近的小星系(“失踪的卫星问题”),这些耗散模型有可能通过小规模的功率抑制声和扩散阻尼解决的明显不足。使用一个变种的扩展的Press-Schechter形式主义,我们评估晕质量函数的特殊情况下,镜像暗物质。考虑一个简化的模型,其中$M_{\text{baryons}} \propto M_{\text{halo}}$,我们与晕质量函数更直接可观察的量,并发现,对于$ε/10^{-10} \approx 2$这样一个简化的描述是兼容的测量星系光度和速度函数。在$M_{\text{halo}} \lesssim 10^8 \ M_\odot$尺度上,扩散阻尼指数地抑制了晕质量函数,这表明矮球状卫星星系的起源是非原始的,我们推测它是由较大密度扰动的非线性耗散坍缩导致的自上而下的碎裂过程形成的。这可以解释仙女座星系和银河系周…
2016-06-16 astro-ph.CO hep-ph
Simultaneously solving the $H_0$ and $σ_8$ tensions with late dark energy
在一个模型独立的方法,我们推导出通用的条件,任何后期修改的$Λ$ CDM扩展历史必须满足,以始终解决$H_0$和$σ_8$紧张局势。我们的结果是完全分析的,该方法仅仅是基于假设,从$Λ$ CDM的后期偏差仍然很小。对于在膨胀历史和引力耦合常数中编码了偏差的暗能量流体的具体情况,我们给出了其状态方程的必要条件。解决$H_0$和$σ_8$张力要求$w(z)$必须跨越体模分界,如果$G_\text{eff}=G$。另一方面,对于$G_\text{eff}=G+δG(z)$和$w(z)\leq -1$,要求$\displaystyle \frac{δG(z)}{G}<α(z)\frac{δH(z)}{H(z)}<0$在某些红移$z$。
2022-01-27 astro-ph.CO gr-qc hep-th
A low-$z$ test for interacting dark energy
暗物质和暗能量成分之间的非最小耦合可能提供一种解决所谓巧合问题的方法。在本文中,我们提出了一个低$z$测试这样的假设,使用的气体质量分数$f_{\rm{gas}}$的测量在放松和大质量星系团。该检验适用于任何模型,其暗物质的稀释度相对于标准的$a^{-3}$标度进行了修改,就像通常在相互作用模型中一样,其中$a$是宇宙学标度因子。我们将测试应用到当前的$f_{\rm{gas}}$数据,并进行蒙特卡罗模拟,以预测必要的改进,在数量和精度即将到来的观测,以检测可能的相互作用在宇宙学暗扇区。我们的研究结果表明,在目前的相对误差$σ_{\rm{gas}}/f_{\rm{gas}}$的改进是更有效地实现这一目标比在$f_{\rm{gas}}$样本的大小的增加。
2015-07-07 astro-ph.CO
PyUltraLight: A Pseudo-Spectral Solver for Ultralight Dark Matter Dynamics
PyUltraLight模拟了非膨胀背景中超轻暗物质的动力学。PyUltraLight可以描述几个相互作用的超轻暗物质晕或一个或多个围绕中心固定牛顿势的晕的演化,后一种情况对应于围绕大质量中心星系的矮星系。我们验证PyUltraLight表明,它再现定性的动力学特性,以前发表的模拟,并证明它具有良好的能量守恒特性。PyUltraLight是在基于Python的Python笔记本中实现的,使用对称分步伪谱算法求解非相对论区域中控制超轻标量场暗物质动力学的薛定谔-泊松方程。笔记本界面可以简单地指定模拟参数并可视化结果输出,但性能关键的例程通过调用计算效率高的编译库进行管理。PyUltraLight在标准桌面硬件上运行,支持共享内存多线程读取,并在GitHub上提供。
2018-10-16 astro-ph.CO
Reconstructing the triaxiality of the galaxy cluster Abell 1689: solving the X-ray and strong lensing mass discrepancy
首次测定了星系团Abell 1689的暗物质和团内介质的三维形状和三维物理参数。我们利用我们最近介绍的新方法(Morandi等,2010年),以推断三维星系团的物理性质,结合联合X射线和强透镜数据。我们发现Abell 1689可以被模拟为一个三轴的星系团,其DM晕轴比分别为1.24 +/- 0.13和2.37 +/- 0.11。我们表明,占三维几何形状允许解决之间的差异确定的质量从X射线和强引力透镜的意见。我们还确定了DM密度分布α的内部斜率:通过明确考虑该星系团的3D结构,我们测量出α = 0.90 +/- 0.05,该值接近冷暗物质(CDM)的预测,而标准球形模型导致偏差值α = 1.16 +/- 0.04。我们的研究结果消除了潜在的不一致,在文献中出现的CDM情景的预测和观察,提供进一步的证据,支持CDM情景。
2010-11-18 astro-ph.CO
Solving the Cosmic Coincidence Problem: The Locally Pumped Dark Energy Model
Imperial College London(帝国理工学院);Instituto de Estructura de la Materia (IEM), CSIC(材料结构研究所(IEM),西班牙国家科学研究委员会)
本文提出局部泵浦暗能量模型,通过非线性暗物质结构的形成触发宇宙加速,通过局部调整重标量场的平衡点,产生真空能量,从而自然关联宇宙加速与结构形成。
2026-03-24 astro-ph.CO gr-qc
Chain Early Dark Energy: Solving the Hubble Tension and Explaining Today's Dark Energy
我们提出了一个新的早期暗能量模型(EDE)作为宇宙学中哈勃张力的一个解决方案,哈勃常数$H_0\simeq 74$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$和$H_0\simeq 67$ km s $^{-1}$ Mpc $^{-1}$的局部测量之间的明显差异从宇宙微波背景(CMB)推断.在链EDE中,宇宙经历了一系列的一阶相变,从势能中的高能真空开始,并通过每个较低能量的亚稳态极小值链向下隧穿。在所有的EDE模型中,真空能量对宇宙总能量密度的贡献最初是可以忽略的,但在宇宙学数据要求它迅速红移之前,它达到了物质辐射相等的$\sim 10\%$-至少和辐射一样快。我们确实获得了一系列的$N$隧穿事件所需的行为,并表明,对于$N>600$的相变是足够快,允许快速渗流,从而避免大规模的各向异性的CMB。我们构建了一个具体的例子链EDE具有一个标量场的准周期势(倾斜余弦),这是无处不在的轴子物理,因此,进行强有力的理论动机。有趣的是,真空之间的能量差大约相当于今天的暗能量(meV标度)。因此,链EDE的最终结果可以提供一个自然的解释暗能量,如果隧道变得非常缓慢,在最后一步之前,领域达到零(或负)的能量。我们讨论了一个简单的机制,可以停止在所需的最小标量场。因此,链EDE为用同一标量场解释EDE和暗能量提供了令人兴奋的前景。
2021-04-19 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dark Matter Relic Density Revisited: The Case For Early Kinetic Decoupling
暗物质的动力学解耦通常比化学冻结发生得晚得多。事实上,局部热平衡是一个重要的假设,通常的遗迹密度计算的基础上求解玻尔兹曼方程(其0阶矩)描述的暗物质数密度。但这种假设总是合理的吗?在这里,我们解决这个问题,并讨论更准确的治疗的后果。第一种处理依赖于包含的玻尔兹曼方程的高阶矩和第二个完全数值求解的相空间分布函数的演变。为了说明,这些方法被应用于标量单态模型,通常被称为最简单的WIMP DM可能性从模型构建的角度来看。研究明确表明,即使在这个简单的模型中,对暗物质丰度的预测也会受到高达一个数量级的影响。
2018-05-01 astro-ph.CO hep-ph
The AGORA High-resolution Galaxy Simulations Comparison Project. XI: Solving the Non-Spherical Morphology and Evolution of Dark Matter Halos with Haskap Pie
University of Illinois Urbana-Champaign(伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校);Lund University(隆德大学);Seoul National University(首尔大学);Osaka University(大阪大学)
提出一种基于Haskap Pie束缚粒子搜索技术的非球形暗物质晕求解与追踪程序,通过AGORA合作项目的流体动力学模拟揭示暗物质晕形态对高质量比并合的响应及不同代码间的差异。
2026-05-22 astro-ph.CO astro-ph.GA
Empirical Relationship Between Dark Matter and Baryon Profiles for Solving the Core-Cusp and Diversity Problems of Galaxies
Tohoku University(东北大学)
本文提出一个基于恒星引力势的暗物质分布模型,通过观测恒星质量分布复现旋转曲线的内升和外平区域,解决了核心-尖峰和多样性问题。
2026-08-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Multi-species Dark Matter with Warmth and Randomness
Rice University(莱斯大学);Carnegie Observatories(卡内基观测站)
本文提出了一种分析框架,研究多物种暗物质模型中宇宙结构的演化,考虑有限速度分散和泊松波动。通过求解截断BBGKY层级,提供高效算法计算总及物种间功率谱,展示等熵和绝热谱的演化差异。
2026-05-15 astro-ph.CO hep-ph
On exotic objects made of dark energy and dark matter: Mass-to-radius profiles and tidal Love numbers
本文研究由暗物质和暗能量构成的奇异球对称天体,在双流体形式下求解TOV方程,计算致密性、质量-半径关系及潮汐洛夫数,并与单流体情形进行比较。
2023-09-22 astro-ph.CO gr-qc
Improved hot dark matter bound on the QCD axion
我们加强了宇宙学的束缚的轴子质量,通过求解动量依赖的玻尔兹曼方程的轴子-π介子散射,并通过使用一个唯象的生产率来自π介子-π介子散射数据,克服了手征微扰理论的故障。利用现有的宇宙学数据,我们得到了$m_a\leq 0.24~\text{eV}$。为了进一步提高边界和利用即将到来的宇宙学调查的范围,需要可靠的非微扰计算以上的QCD交叉。
2022-11-07 astro-ph.CO hep-ph
Linear scale bounds on dark matter--dark radiation interactions and connection with the small scale crisis of cold dark matter
现代宇宙学中的一个悬而未决的问题是冷暗物质范式的小尺度危机。越来越多的注意力最近致力于自相互作用的暗物质模型作为一个可能的答案。然而,解决所谓的“失踪卫星”问题还需要存在额外的相对论性粒子(称为暗辐射),与早期宇宙中的暗物质散射。在这里,我们调查的影响,不同的理论模型设计的暗物质暗辐射相互作用的大尺度宇宙学观测。我们使用宇宙微波背景数据,把约束的暗辐射成分和它的耦合到暗物质。我们发现,数据所允许的耦合值意味着一个截止尺度的晕质量函数与银河系中的卫星观测相匹配。
2017-06-26 astro-ph.CO hep-ph
Halo Scale Predictions of Symmetron Modified Gravity
我们提供的预测,在现实的暗物质晕附近的狄龙修改重力。第五种力的预测是通过求解球面NFW近似下的非线性狄龙运动方程得到的。此外,我们比较了三个主要的已知的屏蔽机制:Vainshtein,变色龙,对称围绕这样的暗物质源,强调它们之间的显着差异,并突出利用这些差异的观测测试。最后,我们证明了主机晕环境屏蔽效应(“毯子屏蔽”)较小的卫星晕通过解决周围的密度分布,这是卫星和近似主机组件的总和修改后的力量。
2011-10-10 astro-ph.CO gr-qc
Dark matter equation of state from rotational curves of galaxies
在这项工作中,我们模拟的星系晕描述的暗物质作为一个非零压力流体,并推导出,而不是强加,暗物质状态方程,利用观测数据的旋转曲线的星系。为了达到流体静力平衡,正如对晕的预期,暗流体的压力不应该为零是强制性的。状态方程是通过求解假设不同的暗物质密度或旋转速度分布的物质几何方程组得到的。一般来说,所得到的状态方程不同于正压状态方程。通过拟合观测到的一组星系的自转速度来确定状态方程的自由参数。
2015-02-12 astro-ph.CO gr-qc
Imprints of Non-thermal Wino Dark Matter on Small-Scale Structure
我们研究如何“温暖”的维诺暗物质时,它是非热产生的引力子在早期宇宙的衰变。阐明了引力子衰变时维诺的能量分布和产生后的能量损失过程。通过求解玻尔兹曼方程,我们表明,一个相当大的比例的维诺暗物质可以“温暖”的维诺质量m_{\tilde w} \sim 100-500 GeV。维诺暗物质的“温暖”在物质功率谱上留下了印记,并可能通过未来的21厘米线测量提供有关暗物质起源的进一步见解。我们的计算可以应用于其他非热wino生产方案,如wino暗物质产生的衰减的模场。
2012-09-30 astro-ph.CO hep-ph
Minimal Dark Matter and Leptogenesis
一个狄拉克费米子携带一个积分弱同位旋和消失的超荷被认为是它的中性分量可以是一个有希望的暗物质候选者(称为最小暗物质),其质量为100 GeV的顺序。虽然对称粒子数会因为快速的规范相互作用而湮灭,但它的不对称丰度应该是由超对称I型跷跷板机制中的右手中微子超场衰变产生的。通过求解一组近似的玻尔兹曼方程,计算了产生暗物质和轻子不对称性的效率。这种情况的一个引人注目的特征是存在一个长寿命的单电荷或多电荷标量和一个短寿命的单电荷费米子,它们的轨道可以在LHC中很容易地找到。
2011-02-16 astro-ph.CO hep-ph
Self-interacting Vectorial Dark Matter in a SM-like Dark Sector
提出精确复制标准模型结构的 $SU(2)_D \times U(1)_D$ 暗规范–希格斯区,证明暗规范玻色子 ${\cal W}^{(p,m)}$ 可作为自相互作用矢量暗物质,并系统分析其约束与直接探测前景。
2023-12-17 astro-ph.CO hep-ph
A Warped Model of Dark Matter
我们提出了一个扭曲的额外维度中的暗物质模型,其中暗扇区质量尺度是自然产生的,没有超对称性。负责暗物质主要湮灭为轻子的暗力是由暗光子介导的,暗光子通过介子耦合自然获得GeV范围内的质量。除了解决规范层次问题外,我们的模型还预测了TeV范围内的暗物质,包括伪狄拉克态之间自然存在的微小质量分裂。通过AdS/CFT对应,暗光子和暗物质都被解释为强耦合对偶4d理论的复合态.因此,在我们的模型中,暗区出现在TeV尺度上,来自一种新的强力的动力学。
2010-03-31 astro-ph.CO hep-ph hep-th
SIMP dark matter with gauged $Z_3$ symmetry
我们考虑一个复杂的标量场作为SIMP暗物质的模型与规范$Z_3$离散对称性出现的残余黑暗的本地$U(1)$。暗物质(DM)湮灭主要是通过3-2散射,由于DM立方耦合与DM四次耦合或$Z'$规范和暗希格斯耦合。研究表明,轻$Z'$规范玻色子使DM在冻结时与热等离子体处于动力学平衡,并影响DM残余密度和DM自相互作用的微扰性/么正性约束.我们发现大的DM自相互作用与解决小尺度结构问题和解释最近在Abell 3827星系团中观察到的DM晕分离是一致的。从SIMP条件,DM自相互作用,$Z'$搜索,DM直接/间接检测实验,和希格斯信号模型的各种界限,也进行了讨论。
2015-08-25 astro-ph.CO hep-ph
Early-time thermalization of cosmic components? A hint for solving cosmic tensions
我们研究了一个非相对论性暗物质和辐射在一定时间内相互作用并建立近似热平衡的膨胀双流体模型。这种在背景水平上产生有效体积粘性压力的相互作用预计与从辐射到物质主导的过渡有关。我们量化了在物质辐射相等时期周围$1 {\rm eV} \lesssim m_χ \lesssim 10 {\rm eV}$范围内的暗物质粒子质量的压力大小(即,红移$z_{\rm eq}\sim 3400$),并证明了瞬态体积粘度的存在具有可能与解决标准宇宙学模型的当前张力相关的后果:(一)附加(负)压力贡献修改了$z_{\rm eq}$附近的膨胀率,产生较大的$H_0$值,和ii)大-尺度结构的形成是通过抑制物质过密度增长的幅度,通过一个新的粘性摩擦项贡献的Mészáros效应的影响。结果,当前标准宇宙学模型的$H_0$和$S_8$张力都得到了显著的缓解。
2021-08-16 astro-ph.CO gr-qc
Self-interacting dark baryons
利用格点量子色动力学的结果,可以定量地设计暗重子的模型,导致速度依赖的自相互作用截面,与解决标准冷暗物质的小尺度结构问题所需的值相匹配。然而,在这样的模型中,主要的暗物质成分是核子,而不是大的原子核,或者暗π介子或原子,它们的散射特性是不同的,这一点并不明显。我们首先确定类似于QCD的暗SU(3)扇区的参数--限制尺度$Λ$和π介子质量$m_π$ --需要再现所需的自相互作用截面。然后,我们表明,这些值一般可以兼容的情况下,一个足够稳定的氘核束缚态,从而导致没有更重的核,从而建立自相互作用的暗核子的情况下的一致性。暗光子质量的范围,以避免占主导地位的π介子或原子暗物质的确定,以及允许的值的动力学混合参数。在未来的搜索中,通过暗光子交换,可能会直接检测到暗质子。
2022-09-15 astro-ph.CO hep-ph
Can the dark matter halo be a collisionless ensemble of axion stars?
如果暗物质主要由轴子组成,则密度分布可以是不均匀的,而是团簇状的。通过求解具有类轴子势能密度的标量场的Einstein-Klein-Gordon系统,得到了由轴子构成的自引力系统的最大质量,称之为轴子星.轴子星与中子星的碰撞可能会释放出轴子的能量,这是由于轴子在中子星的磁场存在下转化为光子。我们估计的能量释放,并表明它应该比以前的估计少得多。未来的数据从飞秒透镜应该强烈限制这种情况。
2013-06-14 astro-ph.CO hep-ph
Dark radiation and dark matter coupled to holographic Ricci dark energy
我们研究了一个充满相互作用的暗物质、全息暗能量和暗辐射的平坦Friedmann-Robertson-Walker(FRW)时空的宇宙。我们使用线性相互作用,通过直接求解平衡方程和源方程来重建所有分量能量密度的标度因子。我们将$χ^{2}$方法应用到哈勃观测数据中约束宇宙参数,并与Union 2超新星样本进行对比,分析了辐射时代的暗能量。事实证明,我们的模型表现出过剩的暗能量的重组时代,而严格的约束$Ω_{\rm x}(z\simeq 10^{10})<0.21$在大爆炸核合成是满足的。我们发现,相互作用提供了一个物理机制,以减轻三重宇宙符合,这导致了$Ω_{\rm m0}/Ω_{\rm x0} \simeq Ω_{\rm r0}/Ω_{\rm x0} \simeq {\cal O}(1)$。
2013-03-14 astro-ph.CO gr-qc
Partially Acoustic Dark Matter, Interacting Dark Radiation, and Large Scale Structure
无碰撞的冷暗物质的标准范例与大尺度的测量存在矛盾。特别是,从宇宙微波背景中推断的哈勃率$H_0$和物质密度扰动$σ_8$的最佳拟合值似乎与直接测量的结果不一致。我们表明,这两个问题都可以解决的框架中,暗物质由两个不同的组件,一个主导组件和次主导组件。主要成分是冷的和无碰撞的。次级成分也是冷的,但与暗辐射强烈相互作用,暗辐射本身形成紧密耦合的流体。在次优势分量的密度扰动的增长被抑制暗声振荡,由于其耦合到暗辐射,解决了$σ_8$问题,而紧耦合的暗辐射的存在改善了$H_0$问题。暗物质和暗辐射的次主导成分继续保持热平衡,直到晚期,抑制了暗盘的形成。我们提出了一个简单的模型,自然实现这种情况下,两个组成部分的暗物质热WIMP的例子。我们的方案可以通过未来的第四阶段实验进行测试,旨在探测CMB和大尺度结构。
2017-08-09 astro-ph.CO hep-ph
Dark energy, Dirac's scalar field and the cosmological constant problem
给出了在Weyl-Cartan时空中Dirac标量场作用下的共形引力理论的场方程在极早期宇宙中的解。在这个理论中,暗能量(用一个有效的宇宙学常数来描述)是狄拉克标量场$β$的函数。这些解描述了在膨胀的第一指数阶段$β$的指数下降。这些解决方案之一有一个限制,在大的时间,可以提供一种方法来解决基本的宇宙学常数问题的结果,在早期宇宙的领域动态的暗能量的恒定值。
2011-12-19 astro-ph.CO gr-qc hep-th
Dark radiation from particle decay: cosmological constraints and opportunities
我们研究粒子衰变作为暗辐射的起源。在详细阐述了一般属性和有用的参数化,我们提供了独立于模型和易于使用的约束核合成,宇宙微波背景和结构的形成。分支比和质量等级的界限以一种独特的方式依赖于衰变时间。我们证明了他们的力量,排除动机良好的情况下,以最轻的普通sparticle衰变到引力子的例子。我们指出了宇宙学观测和结构形成的签名和机会。例如,如果有两种暗衰变模式,暗辐射和观测到的具有可调节自由流的暗物质可以源自同一个衰变粒子,解决了结构形成的小尺度问题。热暗物质模仿中微子的质量尺度,从宇宙学观测推断可能会出现,并可能在发现后被区分。我们的研究结果可以作为指导模型的建立。
2014-02-13 astro-ph.CO hep-ph
Mixed axion-wino dark matter
各种超对称模型产生分裂质谱,其特征在于非常重的标量,但亚TeV的高吉诺,通常与酒样LSP。这样的模型预测热产生的wino一样的WIMP暗物质丰度不足,使非热DM生产机制是必要的。我们研究的情况下,理论与葡萄酒般的LSP增加了一个Peccei-Quinn部门,包括一个axion-axino-saxion超多重态的超对称性KSVZ或超对称性DFSZ模型和/或没有saxion衰变到axion-axino。我们给出了各种情况下PQ破缺尺度f_a的允许范围,这些情况是通过求解必要的耦合玻尔兹曼方程产生的。我们还提出了一个模型的结果与辐射驱动的自然,但与葡萄酒一样的LSP。
2015-02-25 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological phase transitions, gravitational waves and self-interacting dark matter in the singlet extension of MSSM
在单重态超场扩展的最小超对称标准模型(MSSM)中,当单重态扇区与MSSM扇区之间的耦合很小时,单重态扇区可以是具有超对称性的准暗扇区(SUSY).我们研究了这一方案下的宇宙学现象,得到了以下结果:(i)在通过自相互作用单暗物质(SIDM)求解小宇宙尺度反常的参数空间中,一级相变(FOPT)很容易发生,但需要MeV以下的较轻暗物质;(ii)FOPT和SIDM给出的参数空间可以通过LISA、天琴和太极等近期工程的相变引力波(GW)探测部分覆盖。因此,最近发展的GW天文学可能是一个新的探测这样的超对称性的情况。
2022-04-12 astro-ph.CO hep-ph
Hints of dark matter-neutrino interactions in Lyman-$α$ data
在这项工作中,我们调查的可能性,暗物质和(大质量)中微子可以通过一个简单的,恒定的截面相互作用。建立在以前的数值努力,我们约束这个模型与CMB,BAO,特别是莱曼- $α$数据。我们发现,后者暗示一个显着的偏离$Λ$ CDM,与约3 $σ$远离零的相互作用强度的偏好。我们追溯这种偏好的起源回到额外的倾斜,相互作用的情况下,可以印在莱曼- $α$通量功率谱,解决了一个众所周知的紧张局势,在确定这个数量之间的早期时间和莱曼- $α$探针。未来的工作,包括补充莱曼- $α$数据以及专门的数值模拟将是至关重要的,以测试这些结果。
2022-04-29 astro-ph.CO hep-ph
Revisiting Dark Matter Freeze-in and Freeze-out through Phase-Space Distribution
我们通过在相空间分布$f(p,t)$的水平上求解玻尔兹曼方程,重新审视通过冻结和冻结产生的暗物质。使用$2\to2$湮灭和$1\to2$衰变过程的说明,我们比较了由此产生的暗物质遗迹丰度从数量密度的方法。在冻结和冻结之间的过渡制度,我们发现的差异可以是相当显着的,甚至由数量级,如果暗物质粒子的湮灭或衰变介质被忽略。在$2\to2$和$1\to 2$过程中的冻结生产也可以导致非热相空间分布,或者甚至具有非平衡衰减的多模态分布,这可以潜在地影响后期的结构形成。我们还研究了弹性散射如何扭曲这种非热分布。
2022-04-09 astro-ph.CO hep-ph
Early mass varying neutrino dark energy: Nugget formation and Hubble anomaly
我们提出了一个新的情况下,在光($\sim$几\rm{eV})暗费米子(不育中微子)与标量场相互作用,如在质量变化的中微子暗能量理论。由于$\rm{eV}$无菌状态自然成为非相对论性的物质辐射平等(MRE)之前,我们表明,中微子标量流体发展强烈的微扰不稳定性,随后形成中微子块金和早期的暗能量行为消失周围MRE。当费米压力平衡吸引标量力时,实现了核的稳定性,并且我们通过求解标量场的静态配置来数值地找到重冷核的质量和半径。我们发现,当DM块金密度是次优势的情况下,大部分的早期DE能量进入标量场动力学,它可以在原则上放松哈勃异常。特别是当相变后出现动能主导相时,DE密度比辐射稀释得快,满足求解$H_0$异常的要求。在我们的方案中,与最初提出的早期暗能量理论不同,暗能量密度由($\rm{eV}$)中微子质量控制,并且不需要微调EDE标度。我们进行MCMC分析,面对我们的模型与普朗克+ SHOES和BAO数据,并找到一个非零中微子标量EDE密度在MRE的证据。我们的分析表明,该模型与SHOES测量值($H_0 = 74.03 \pm 1.42$ km/s/Mpc)接近1.3 $σ$。
2021-05-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark matter in classically conformal theories: WIMP and supercooling
School of Physics, Beihang University(北京航空航天大学物理学院)
本文研究了经典共形理论中暗物质的两种场景:WIMP和冷却暗物质,探讨了其产生机制及实验探测渠道。
2026-05-20 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological consequences of a scalar field with oscillating equation of state: A possible solution to the fine-tuning and coincidence problems
我们提出了一个新的暗能量模型来解决宇宙学的微调和符合问题。一个默认的假设是,如果我们不把暗能量解释为真空能量,微调问题就消失了。解决巧合问题的关键思想是,宇宙在整个宇宙历史中可能有几个加速阶段。我们研究的具体例子是一个近似重复双指数势的精粹模型,它只引入了一个Planck尺度参数和三个无量纲的单位阶参数。将宇宙学背景演化方程组转化为一个四维动力学系统,并详细讨论了它的主要性质。初步计算表明,我们的模型能够解释观测到的宇宙晚期加速。
2020-03-26 astro-ph.CO gr-qc