Large-scale BAO signatures of the smallest galaxies
最近的研究表明，在高红移时，暗物质和重子气体之间的相对速度通常是超音速的。这种相对速度抑制了最早的重子结构（如微晕）的形成，并且这种抑制在大尺度上受到调制。这种效应在最早期结构的聚簇功率谱中留下了特征形状的印记，在100 Mpc尺度上具有显著的功率，具有高度显著的重子声学振荡。这些振荡的振幅在z=20处比先前预期的大几个数量级。这个特征信号可以让我们区分在再电离之前和再电离过程中小晕对星系际气体的影响。我们说明了这种效果与21厘米发射和吸收的红移过程中和再电离前的例子。这种效应可能使我们能够利用100 Mpc尺度的观测来探测kpc尺度的物理学。我们目前的灵敏度预测FAST和阿雷西博。根据参数的不同，这种增强的结构可能在z=15-20附近的红移处被阿雷西博探测到，并且使用适当的仪器，FAST可以高精度地测量BAO的功率谱。原则上，这种效应也可能对通过观测低红移的BAO特征来限制暗能量的努力构成严重挑战。
2010-09-23 astro-ph.CO
Cosmological direct detection of dark energy: non-linear structure formation signatures of dark energy scattering with visible matter
我们考虑最近提出的可能性，暗能量（DE）和重子可能会通过一个纯粹的动量交换过程，离开背景演化不受影响。早期的工作已经表明，即使对于谷仓尺度的截面，这种散射过程在线性宇宙学观测值上的印记也太小而无法观察到。因此，我们把我们的注意力转向非线性尺度，并第一次调查的DE重子散射的宇宙结构的非线性形成的签名，通过运行一套大型N体模拟。我们提取的观测量包括非线性物质功率谱、晕质量函数以及晕的密度和重子分数分布。我们发现，在非线性制度的DE-重子散射的签名显着大于其线性对应物，由于角动量在坍缩结构中的重要作用，和潜在的观察。在这个意义上，最有前途的观测是重子密度和重子分数分布的晕，这可能是由动力学的Sunyaev-Zeldovich（SZ），热SZ，和弱透镜测量的组合约束。总的来说，我们的研究结果表明，未来的前景，宇宙学和天体物理学直接检测的非引力签名的暗能量是非常光明的。
2022-03-08 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Signatures of the Primordial Universe from Its Emptiness: Measurement of Baryon Acoustic Oscillations from Minima of the Density Field
来自宇宙原始波动的声波印刻在大尺度结构中，称为重子声学振荡（BAO），可以用作测量宇宙尺度的标准标尺。这些振荡已经在星系的分布中被探测到。在这里，我们建议从密度场的波谷（最小值）测量BAO。基于两组准确的模拟晕目录，在种子初始条件下，有和没有BAO，我们证明了BAO信号不能从经典的不相交的空隙的聚类，但可以清楚地检测到重叠的空隙。后者表示密度场的所有波谷的估计。我们使用Delaunay三角剖分从四面体约束的空外接球中心计算它们。我们的理论模型是基于一个前所未有的大套详细的模拟空目录非常好地证实了观测数据。我们使用最大的最近公开可用的样本从SDSS-III BOSS DR 11的明亮的红色星系首次揭开了一个>3 $σ$ BAO检测从观测的空隙。由于空洞是近各向同性膨胀的区域，它们的中心代表了宇宙中最安静的地方，记住宇宙的起源，并提供了一个新的有希望的窗口，在分析宇宙学大尺度结构从星系调查。
2016-04-28 astro-ph.CO
Absorption signatures of warm-hot gas at low redshift: NeVIII
在z<1时，大部分重子被认为存在于被冲击加热到高温（log T=5-6）的扩散气体中。类星体光谱中NeVIII的770.41，780.32双重态的吸收代表了研究这种难以捉摸的温热相的独特工具。我们已经开发了一个分析模型的NeVIII吸收剂，允许一个不均匀的金属分布的属性。我们的模型与OWLS项目的模拟预测一致，表明吸收气体中的平均视线金属填充分数较低（c_L~0.1）。在我们的模型中，大部分NeVIII都是在低密度的碰撞电离气体中产生的（log n=-6 ~-4 cm^-3，log T=5-6）。发现强NeVIII吸收剂（log N（NeVIII）>14），就像HST/COS最近检测到的吸收剂一样，出现在较高密度的气体中（log n>-4，log T=5.75）。NeVIII星云只容纳了宇宙重子预算的1%。周围气体的重子含量（与NeVIII云团的密度和温度相似）高出1/c_L。我们的结论是，NeVIII吸收体是冲击加热扩散气体的强大探针，但需要信噪比S/N>100的光谱才能检测到温热气体中的重子。
2013-10-07 astro-ph.CO
The Effects of Dark Matter-Baryon Scattering on Redshifted 21 cm Signals
我们证明了暗物质和重子之间的弹性散射可以影响早期星系际介质的热演化，并讨论了观测结果。我们发现，由于DM和重子之间的相互作用，重子温度从CMB温度去耦后冷却。我们说明我们的研究结果，通过计算21厘米的功率谱与速度相关的DM弹性散射截面共存。例如，对于DM质量为10 GeV，21厘米的亮度温度角功率谱可以被抑制的因子2内，目前允许的DM重子截面的CMB和大尺度结构数据的限制。这种与尺度无关的角功率谱的抑制对于具有共同横截面的较小DM质量甚至可以更大（例如，对于$m_d\sim 1$ GeV大到10倍），并且鉴于即将到来的宇宙学调查，这种效应对于探测DM的性质具有极大的兴趣。
2014-08-11 astro-ph.CO hep-ph
Neutrino Physics with Dark Matter Experiments and the Signature of New Baryonic Neutral Currents
新的中微子态ν b在标准模型相互作用下是不育的，但它可以通过比标准模型弱相互作用强得多的等势矢流与重子耦合。如果有一部分太阳中微子在返回地球的过程中振荡到ν_b，相干增强的ν_b-核弹性散射可以在暗物质探测器中产生强信号。当相互作用强度比弱相互作用强几百倍时，通过新的重子流的弹性ν_b-核散射可以解释低反冲直接探测暗物质实验中存在的异常现象.我们指出，太阳中微子能量的重子电流引起的非弹性散射被抑制，使可能的增强新的力量是不冲突的信号在专用的中微子探测器。我们通过计算ν_b引起的氘核分裂和4.4 MeV γ线在^{12}C中的激发，明确地检验了这一点。强于弱的力与重子流的耦合意味着新的阿贝尔规范群U（1）B的存在，它具有一个相对轻的规范玻色子。
2011-03-30 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Constraining Dark Matter-Baryon Scattering with Linear Cosmology
利用普朗克卫星的宇宙微波背景（CMB）数据和斯隆数字巡天的莱曼α森林数据，推导了重子与暗物质弹性散射的约束条件。弹性散射使重子和暗物质交换动量，影响早期宇宙中线性密度扰动的动力学。我们推导出了对散射截面的约束条件，其形式为sigma \propto v^n，允许在-4和2之间的宽范围的速度依赖性。我们改进和纠正以前的估计，它们存在的地方，包括速度无关的横截面以及暗物质毫荷和电磁偶极矩。莱曼-α森林数据在n>-3的约束中占主导地位，其中相对于单独的CMB数据的改进可以是几个数量级。在质量标度M>10^{12} M_{solar}上，暗物质-重子散射不能影响晕质量函数.我们的结果意味着，独立于模型，在像我们银河系这样的星系晕中的重子，在星系的年龄期间不会从暗物质粒子中散射。
2013-11-14 astro-ph.CO hep-ph
Baryon and Lepton Number Violation from Gravitational Waves
我们描述了一个独特的引力波签名的一类模型之间的对称性破缺尺度巨大的层次结构。这种不寻常的信号形状是由高尺度宇宙弦和低尺度宇宙相变对随机引力波背景的重叠贡献造成的。我们将这一思想应用到一个简单的模型中，在这个模型中轻子数的大尺度破缺是由中微子的跷跷板机制引起的，而重子数的小尺度破缺则是由观测到的暗物质残余密度所决定的.这种新的特征可以在即将到来的引力波实验中寻找。
2020-08-12 astro-ph.CO hep-ph
Searching for Cooling Signatures in Strong Lensing Galaxy Clusters: Evidence Against Baryons Shaping the Matter Distribution in Cluster Cores
某些星系团的质量密度分布变得集中到足以产生高强度透镜（SL）截面的过程还没有得到很好的理解。有人认为，由于冷却导致的团内介质（ICM）的重子凝聚可能会将暗物质拖到核心，从而使剖面变陡。在这项工作中，我们在第一个大的，定义明确的强透镜选择星系团的样本中寻找持续的ICM冷却的证据，范围为0.1 < z < 0.6。基于ICM冷却速率与光发射线光度和恒星形成之间的已知相关性，我们测量了89个强透镜星系团样本中最亮星系团（BCG）中具有[OII]3727发射的星系团比例。我们发现当z > 0.2时，线发射的BCGs的比例是常数，并且与总的星系团数没有统计上的显著偏差。由4000埃的破裂强度D_4000所追踪到的特定恒星形成率也与一般的星团人口相一致。最后，我们使用SL集群的光学成像来测量角间距，R_arc，在我们的样品中的弧和每个透镜集群的质心之间，并测试改变[OII]发射和D_4000作为R_arc的函数，SL横截面的代理观察的证据。D_4000对于所有R_arc值都是恒定的，并且对于R_arc > 10”，[OII]发射分数显示不依赖于R_arc，并且对于R_arc < 10”的系统，只有非常微弱的证据表明弱[OII]发射增加。这些结果反对与星系团核心的冷核活动相关的重子冷却能力，强烈修改潜在的暗物质潜力，导致强透镜截面的增加。
2013-05-17 astro-ph.CO
Gravitational wave signatures of PBH-generated baryon-dark matter coincidence
提出通过蒸发原初黑洞产生的引力波探测重子不对称与暗物质的非热起源，允许PBH质量达10^7克，产生可观测的引力波信号，并在实验室实验中具有互补探测前景。
2023-04-13 astro-ph.CO hep-ph
Large scale distribution of total mass versus luminous matter from Baryon Acoustic Oscillations: First search in the SDSS-III BOSS Data Release 10
早期宇宙中的重子声学振荡（BAO）被预测会在总质量与发光物质的相对聚集上留下一个尚未被探测到的特征。对这种效应的探测将为标准宇宙学范式提供重要的确认，并限制暗物质的替代品以及补偿等曲率扰动（CIP）等非标准波动。我们进行了第一次观测搜索这种效果，通过比较数字加权和亮度加权的关联函数，使用SDSS-III BOSS数据发布10 CMASS样本。当我们的模型中包括CIP时，我们在$3.2σ$正式获得相对聚类签名的证据和与CIP幅度的现有上限相匹配的限制。然而，各种测试表明，这些结果尚不可靠，可能是由于数据中的系统性偏差。在这封信中开发的方法，使用更准确的未来数据，如DESI的数据，可能会证实或反驳我们的初步证据。
2016-02-04 astro-ph.CO
The Variation of Rotation Curve Shapes as a Signature of the Effects of Baryons on Dark Matter Density Profiles
星系自转曲线的形状变化很大，可以用Vrot（1 kpc）/Vmax（1 kpc时测得的自转速度与最大自转速度之比）来表征。我们研究所观察到的散射是否可以解释为结合分散在光盘尺度长度，浓度晕质量关系，和M*-Mhalo关系。我们使用这些散射来创建模型星系种群;当被安置在具有普遍的NFW密度分布的暗物质晕内时，该模型与观测到的最低Vrot（1 kpc）/Vmax值不匹配，并且与观测值相比，Vrot（1 kpc）/Vmax的散射太小。相比之下，一个模型使用质量依赖的暗物质配置文件，其中的内部斜率是由M*/Mhalo的比率，产生的星系的Vrot（1 kpc）/Vmax的值低，散射大得多，都与观测一致。我们的结论是，在Vrot（1 kpc）/Vmax中观察到的大的散射有利于密度分布的重子过程的显着影响。替代的暗物质核心形成模型，如SIDM，也可以解释观测到的旋转曲线形状的变化，但这些观测可能提供重要的限制核心的大小，以及它们是否随晕质量和/或合并历史而变化。
2015-10-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Signatures of Dark Matter Halo Expansion in Galaxy Populations
星系晕内的暗物质核心可以通过恒星形成区域的能量反馈形成：能量平衡表明，最大的核心形成效率出现在M $_{\star}\sim10^{8.5}$ M $_{\odot}$的星系中。我们表明，模型人口的星系，其中的密度分布已被修改，这样的重子反馈，是能够解释所观察到的星系速度函数和塔利-费舍尔关系显着优于一个模型，其中假设一个普遍的尖形密度分布。替代模型，即温暖的或自相互作用的暗物质，也提供了一个更好的匹配这些观察到的关系比一个通用的配置文件模型，但作出不同的预测晕密度轮廓如何随质量相比，重子反馈的情况下。我们建议，不同的核心形成机制可以区分的基础上留下的印记，他们在星系人口在很大范围内的质量。在目前的观测数据中，我们发现了重子反馈产生的核心形成的质量依赖性的预期签名的证据。
2015-07-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark baryon from pure Yang-Mills theory and its GW signature from cosmic strings
该研究提出 SO(2N) 纯 Yang-Mills 理论中天然稳定的重子型胶球作为暗物质候选者，并利用低宇宙弦相互连通概率产生的特征引力波，同时解释暗物质丰度与 NANOGrav 等脉冲星计时阵列信号。
2023-08-17 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Dynamical signatures of a LCDM-halo and the distribution of the baryons in M33
我们使用高分辨率的VLA和GBT观测绘制了M33的中性原子气体含量，并拟合了倾斜环模型来确定扩展气体盘的方向及其旋转曲线。M33的圆盘从8 kpc向外翘曲，但相对于视线的倾斜度没有实质性变化。在内盘中，旋转速度随着半径的增加而急剧上升，在4 kpc时达到100 km/s，然后旋转曲线变得更加扰动和平坦，速度高达120-130 km/s到23 kpc。我们推导出恒星质量表面密度图M33的光盘，通过像素-SED拟合方法的基础上人口合成模型，突出了质量-光比的变化。更远的恒星质量表面是从外盘场的深层图像中估计的。恒星和气体的地图，然后在动力学分析的旋转曲线，以约束暗物质分布，这是相关的所有半径。在LCDM宇宙学中，具有Navarro-Frenk-White密度分布的暗物质晕提供了与暗晕浓度C=10和总晕质量为4.3 × 10^{11}Msun的旋转曲线的最佳拟合。这意味着重子分数为0.02阶，这个星系的演化历史应该解释其原始重子含量的大部分损失。
2014-09-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
The signature of the scattering between dark sectors in large scale cosmic microwave background anisotropies
我们通过考虑暗物质在暗能量流体中弹性散射引起的动量转移来研究暗扇区之间的相互作用。描述暗散射类比耦合重子和光子的汤姆逊散射，我们研究的暗散射在CMB观测的影响。通过对最新观测数据进行全局拟合，发现对于一个暗能量状态方程$w<-1$，CMB对暗物质-暗能量弹性散射给出了严格的约束.假设暗物质粒子的质子质量，我们推导出一个弹性散射截面的$σ_D < 3.295 \times 10^{-10} σ_T$，其中$σ_T$是截面的汤姆逊散射。然而，对于$w>-1$，约束很差。对于$w=-1$，$σ_D$在形式上可以采用任何值。
2012-03-23 astro-ph.CO gr-qc
Generation of WIMP Miracle-like Densities of Baryons and Dark Matter
观测到的暗物质的密度与热遗迹弱相互作用大质量粒子（WIMP）的预期密度相当。此外，观测到的重子密度与暗物质密度在一个数量级之内。这表明重子密度与典型的热遗迹WIMP暗物质密度有物理联系。我们提出了一个模型，同时产生的重子和暗物质通过修改一个大的初始重子不对称的热遗迹WIMP的密度。在大型强子对撞机上产生携带重子数的不稳定标量将是该模型的一个明确标志。
2012-01-15 astro-ph.CO hep-ph
WIMP Cogenesis for Asymmetric Dark Matter and the Baryon Asymmetry
我们提出了一种新的机制，即非对称暗物质（ADM）和重子非对称性都产生于亚稳弱相互作用大质量粒子（WIMP）热冻结后的同一衰变链中。暗物质和重子之间通过一个广义重子数联系在一起，并且这个广义重子数是守恒的，而暗物质不对称性和重子不对称性是相互补偿的。这个统一的框架解决了DM重子符合，同时继承了传统的WIMP奇迹在预测物质的遗迹丰度的优点。实现这种情况下的可重正化模型的例子。这些模型一般预测ADM与子GeV到GeV尺度的质量，与标准模型夸克或轻子相互作用，从而使潜在的签名在直接检测实验敏感的低质量DM。其他有趣的唯象预测也进行了讨论，包括：LHC签名的新的中间粒子的颜色或电弱电荷和DM诱导的核子衰变，长寿命的WIMP可能是在未来的高能对撞机实验。
2020-12-10 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Signatures of Dark Matter Scattering Inelastically Off Nuclei
直接的暗物质探测聚焦于暗物质粒子离开原子核的弹性散射。在这项研究中，我们探讨了非弹性散射的核被激发到一个低的状态，10-100千电子伏，随后迅速去激发。本文采用手征有效场论WIMP核子流，基于大尺度壳模型计算方法，计算了奇质量氙同位素的非弹性结构因子。对于这些情况下，我们发现，非弹性通道是可比的，或可以支配的弹性通道的动量转移约150兆电子伏。我们计算的非弹性反冲光谱的标准晕模型，比较这些弹性的情况下，并讨论了预期的签名在氙探测器，以及现有的和未来的实验的影响。弹性和非弹性散射的组合信息将允许在一个实验中确定主导的相互作用通道。此外，这两个通道探测暗物质速度分布的不同区域，并可以提供对暗晕结构的洞察。允许的反冲能量域和反冲能量在积分非弹性率开始主导弹性通道取决于暗物质粒子的质量，从而提供了一个潜在的处理来约束其质量。
2013-11-08 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Hylogenesis: A Unified Origin for Baryonic Visible Matter and Antibaryonic Dark Matter
我们提出了一种新的机制，产生重子和宇宙的暗物质密度。一个携带守恒重子数电荷的新狄拉克费米子X耦合到标准模型夸克和一个GeV尺度的隐藏扇区。X的CP破坏衰变，在低温再加热中产生的非热衰变，将反重子数隔离在隐藏的扇区中，从而在可见扇区中留下多余的重子。反重子隐藏态是稳定的暗物质。这种机制的一个引人注目的特征是暗物质的重子破坏非弹性散射，它可以以与核子衰变搜索相关的可观的速率湮灭重子。
2010-08-30 astro-ph.CO hep-ph
Dark Matter, Baryon Asymmetry, and Spontaneous B and L Breaking
我们在一个简单的理论中研究了暗物质和宇宙学重子不对称性，其中重子（B）和轻子（L）数是自发破缺的局域规范对称性。在这个模型中，冷暗物质候选者是重子数最轻的新场，它的稳定性是规范对称性的自动结果。暗物质湮灭要么通过质量必须低于TeV的疏轻子规范玻色子，要么通过希格斯玻色子。由于疏轻子规范玻色子的质量必须低于TeV标度，我们发现在第一种情况下，弹性截面的下限约为5 × 10 ^{-46} cm ^2。即使重子数是可测量的，并且在弱标度之前不会自发破缺，但宇宙学上可接受的重子过剩是可能的。在获得测量的重子过剩和暗物质密度之间存在着张力。
2010-09-29 astro-ph.CO hep-ph
Stellar Signatures of Inhomogeneous Big Bang Nucleosynthesis
我们评估了宇宙中重子-光子比在$η= 10^{-10} - 10^{-1}$范围内局部增强了许多数量级的补丁中产生的丰度异常。我们的研究动机是早期宇宙中可能存在罕见的致密区域，其中最极端的，超过临界阈值，坍塌形成原始黑洞。如果这发生了，人们可能会期望也有一个显着的人口早期形成的恒星，形成类似的，但亚阈值补丁。我们推导出一系列的元素丰度签名进行BBN模拟重子-光子比的高值，可以检测到在任何幸存的第一代恒星周围的太阳质量。我们的预测适用于贫金属的星系晕星，老球状星团和矮星系，我们在这些情况下与观察比较。
2020-06-03 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.SR
Signatures of Suppressed Matter Clustering revealed by Fast Radio Bursts
California Institute of Technology（加州理工学院）；University of Arizona（亚利桑那大学）；Owens Valley Radio Observatory, California Institute of Technology（欧文斯谷射电天文台，加州理工学院）；Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian（天体物理中心 | 哈佛与史密森尼学会）；University of Chicago（芝加哥大学）
利用快速射电暴测量宇宙中物质密度场的空间波动，量化反馈过程对物质功率谱的影响，发现FRB数据在k~1h/Mpc尺度上将后验方差降低约8倍，为高精度宇宙学时代提供了新的约束。
2026-04-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
A note on observational signatures in superluminal unified dark matter models
我们探讨了暗物质和暗能量被单一流体或单一$k$ -类本质标量场模拟的可能性。所谓的Chaobergin气体统一暗物质模型通过加入重子分量可以再现观测到的物质功率谱。有人认为，重子涨落的演化特别适合于“超光速”的情况，即查伯金气体的声速在后期超过光速，以及声速小到可以忽略的模型。在本文中，我们计算积分Sachs-Wolfe信号的Chaubergin气体模型，专注于超光速的情况下，还没有被调查之前，因为过早的理解因果关系。结果表明，超光速模型导致了积分萨克斯-沃尔夫效应的大幅度增强，这与CMB测量结果不一致。
2010-07-28 astro-ph.CO gr-qc hep-th
The Glow of Axion Quark Nugget Dark Matter: (IV) CMB Spectral and Anisotropy Signatures
University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）
研究轴子夸克团暗物质通过湮灭产生高能光子，影响CMB谱和各向异性特征。
2026-07-28 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Weak Lensing Constraints on Dark Matter-Baryon Interactions with $N$-Body Simulations and Machine Learning
本文利用DES第三年弱引力透镜数据，结合主成分分析、有限N体模拟和马尔可夫链蒙特卡洛方法，首次给出暗物质-质子弹性散射截面的频率学派上限，较普朗克结果改进最高达五倍，并预测中国空间站望远镜可进一步将限制提高约一个数量级。
2024-08-06 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Cosmological and astrophysical probes of dark baryons
我们研究了“暗重子”的宇宙学和天体物理学特征，这是一种与中子混合的中性费米子。由于混合是通过夸克水平上的高维算子进行的，因此高能暗重子的产生得到了增强，因此它在早期宇宙中的丰度可能是显着的。把它的初始丰度作为一个自由参数，我们得到新的，强大的限制的性质的黑暗重子。原始核合成和宇宙微波背景提供了强的约束，由于中子通过其诱导跃迁偶极相互转换为暗重子，并由于暗重子的后期衰变。此外，中子星中的中子可以缓慢地衰变为暗重子，提供了一种新的热源，但受到脉冲星温度测量的限制。考虑到所有的约束条件，我们确定参数空间的黑暗重子可以是一个可行的暗物质的候选人，并讨论有前途的途径探测它。
2020-12-17 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ex
