Photon proliferation from multi-body dark matter annihilation
The University of Osaka（大阪大学）；Beihang University（北京航空航天大学）
研究多体暗物质湮灭产生的光子增殖效应，揭示其在早期宇宙中对光子温度偏移的显著影响，从而增强对超轻暗物质耦合强度的约束。
2026-03-10 astro-ph.CO hep-ph
Simulations of galaxy cluster mergers with velocity-dependent, rare and frequent self-interactions
本文通过无重子理想化 N 体模拟研究速度依赖的罕见与频繁暗物质自相互作用对并合星系团及 BCG 偏移的影响，并将既有截面上限扩展至相关参数空间。
2024-07-01 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Dark energy perturbations in $N$-body simulations
我们目前的$N$体模拟是完全兼容的广义相对论，与暗能量始终包括在背景和微扰水平。我们测试我们的方法参数化的暗能量作为流体，并使用参数化后弗里德曼（PPF）形式主义。在大多数情况下，暗能量相对于暗物质是非常平滑的，因此它对结构形成的主要影响是背景膨胀率的变化。这可以很容易地纳入牛顿$N$体模拟通过改变弗里德曼方程。然而，暗能量扰动和相对论修正可能导致相对于牛顿$N$ -体模拟的差异，在百分之几十的水平上对尺度$k < (10^{-3} \unicode{x2013} 10^{-2})\,\mathrm{Mpc}^{-1}$进行模拟，并且考虑到即将到来的大尺度结构调查的准确性，必须包括这些影响。在本文中，我们将详细研究这两种效应，并强调它们重要的条件。我们还表明，我们的$N$体模拟精确再现的玻尔兹曼求解器类的结果，保持线性的所有尺度。
2019-04-10 astro-ph.CO hep-ph
CMB constraints on dark matter-proton scattering: investigating prior-volume effects using profile likelihoods
The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；University of Chicago（芝加哥大学）；Instituto de Física de Cantabria (IFCA), CSIC-Univ. de Cantabria（坎塔布里亚物理研究所（IFCA），西班牙国家研究委员会-坎塔布里亚大学）
本文通过轮廓似然法研究暗物质-质子散射的先验体积效应，发现贝叶斯方法在约束散射截面时存在系统性高估问题，建议结合频数统计以更准确评估先验影响。
2026-10-01 astro-ph.CO hep-ph
Fully relativistic treatment of decaying cold dark matter in $N$-body simulations
我们提出了$N$体模拟中，无论是所有的，或一部分，冷暗物质衰减非相对论的相对论，非相互作用的暗辐射组件。辐射和广义相对论的所有影响都自洽地包含在线性微扰理论的水平上，因此我们的模拟结果与线性爱因斯坦-玻尔兹曼代码（如CLASS）在适当的大尺度限制下的结果相匹配。我们还发现，标准的，牛顿$N$ -体模拟充分描述在较小尺度（$k \gtrsim 0.1 \, h/{\mathrm{Mpc}}$）在这种类型的模型的非线性演化，只要衰变组件的质量被正确修改，并正确处理的背景演变。也就是说，对于小尺度的研究，广义相对论和辐射的影响可以安全地忽略不计。
2019-04-26 astro-ph.CO hep-ph
Constraining Self-Interacting Dark Matter with Dwarf Spheroidal Galaxies and High-resolution Cosmological $N$-body Simulations
利用高分辨率的宇宙学$N$-体模拟研究了冷暗物质和自相互作用暗物质模型下的暗物质晕密度结构。我们量化subhalo的中心密度在150 pc从每个subhalo的中心在经典的矮球状和ultrafeak矮规模的银河系大小的晕。通过与观测结果的比较，我们发现$σ/m<3\ \rm{cm^{2}g^{-1}}$的自相互作用散射截面是有利的。由于宿主潮汐和自相互作用的共同作用，具有小近心的暗晕中心密度在冷模型和自相互作用模型之间存在明显差异，表明具有小近心的Milky Way卫星是未来大型光谱测量进一步约束暗物质性质的理想场所。
2021-12-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Why does Einasto profile index $n\sim 6$ occur so frequently?
在Fokker-Planck近似下研究了由引力粒子组成的球对称Einasto晕的行为。这种方法使我们能够考虑不良影响的近距离接触的N体模拟更充分地比普遍接受的标准。具有指数$n \approx 6$的Einasto轮廓是Fokker-Planck方程在晕中心的定态解。我们有理由相信这个解是吸引子。然后，Fokker-Planck扩散倾向于将密度分布转换为具有Einasto指数$n \approx 6$的平衡密度分布。我们认为这种效应可能是Einasto指数$n \approx 6$在解释N体模拟结果时如此频繁发生的原因。所获得的结果对普遍接受的N体模拟收敛标准表示怀疑。
2018-02-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Universal Two-body Physics in Dark Matter near an S-wave Resonance
小相对速度下的暗物质湮灭率可以通过使用各种机制的大的增强因子来放大，包括索末菲增强、共振增强和布赖特-维格纳增强。这些机制都涉及到一对暗物质粒子在阈值附近的共振。我们指出，如果共振是在S波通道，机制是足够的共振附近的等效和它们的约束下，普遍的两体物理。放大的湮灭率需要弹性散射截面的相应放大。如果共振是低于阈值的束缚态，则其具有与结合能的平方根成反比的增加的寿命。它的空间结构是两个暗物质粒子的空间结构，它们的平均间距也与结合能的平方根成反比。
2013-09-03 astro-ph.CO hep-ph
Warm Surprises from Cold Duets: N-Body Simulations with Two-Component Dark Matter
本研究通过双组分冷暗物质的N体模拟，发现重组分向轻组分的湮灭可使轻组分呈现温暗物质特性且无质量观测限制，模型与观测数据吻合，为地面暗物质探测提供参考。
2023-12-12 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Chiral power counting of one- and two-body currents in direct detection of dark matter
我们提出了一个共同的手征功率计数计划的矢量，轴向矢量，标量，和赝标量WIMP核子相互作用，并推导出所有的一个和两个体电流的手征展开到三阶。将我们的振幅与非相对论性有效场论相匹配，我们发现手征对称性预示着非相对论性算符之间存在一个层次结构。此外，我们确定了相互作用的渠道，到目前为止还没有被占的两体电流成为相关的。
2015-05-20 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Constraints on Primordial Black Holes from $N$-body simulations of the Eridanus II Stellar Cluster
University of California Santa Cruz（加州大学圣克鲁兹分校）；Santa Cruz Institute for Particle Physics（圣克鲁兹粒子物理研究所）；Technische Universität Berlin（柏林工业大学）
通过N体模拟埃里达努斯二星团，研究原初黑洞作为暗物质候选者的质量限制及在宏观物体中的分布约束。
2026-01-26 astro-ph.CO hep-ph
Dark Sector Assisted Low Scale Leptogenesis from Three Body Decay
我们在一个最小的框架下研究了从三体衰变、暗物质和中微子质量实现稀薄起源的可能性。我们提出了第一个同类模型来实现的想法leptogenesis从三体衰变CP不对称性产生的干扰多个$1 \rightarrow 3$图与DM一起使用mammed传播。在标准模型中引入了三个重单态费米子，一个标量单态和一个标量偶态，并加入适当的离散电荷。这些单态费米子中的两个不仅在以暗生方式产生辐射水平的轻中微子质量中起着重要的作用，而且还作为第三个单态费米子的三体衰变的介体，通过这种图的干涉导致期望的CP不对称性。只有一个额外的领域相比，最小的暗生模型，我们表明，成功的leptogenesis可以发生在一个规模低至约1 TeV，这是远远低于leptogenesis规模发现最小的暗生模型。此外，实现这三个机构衰变leptogenesis自然会导致一个两个组成部分的标量单二重态暗物质的情况下提供了丰富的现象学。除了有有趣的相互作用的不同耦合过程中涉及到的leptogenesis和暗物质，该模型也可以在不同的实验中进行测试，由于其粒子谱在TeV尺度的存在。
2021-12-27 astro-ph.CO hep-ph
Enhanced n-body annihilation of dark matter and its indirect signatures
我们研究了可能的间接签名的暗物质湮灭过程与非标准的缩放与暗物质密度，特别是两个以上的暗物质粒子参与湮灭过程的情况下。我们指出，这样的过程可以在不违反么正性的情况下在低速下强烈增强，类似于索末菲增强的标准情况下的两体湮灭，可能导致可见的信号在间接搜索。我们详细研究了这种多体湮灭对宇宙电离历史和宇宙微波背景的影响，发现与二体情况不同，主导信号可以自然地出现在宇宙黑暗时代结束后，结构形成的开始。我们研究了银河系中心、星系晕和星系团的互补约束，并概述了每次搜索都会产生最强约束的情况。我们还表明，如果有一个人口的超紧凑的致密暗物质团块存在于银河系中具有足够陡峭的密度轮廓，那么它可能会检测到点源照明的多体湮灭，即使没有大的低速增强。最后，我们提供了一个案例研究的模型，其中3-体湮灭占主导地位的冻结过程，特别是共振制度，一个大的低速增强自然产生。
2018-10-22 astro-ph.CO hep-ph hep-th
New Old Mechanism of Dark Matter Burning
最近发表了几篇论文，其中提出了暗物质燃烧和冻结的“新机制”。将通常的二体湮灭过程推广到多体初态，主要是三体初态。这些过程具有相当多有趣的宇宙学意义。我想在这里指出，1980年曾研究过这样一个过程，以确定所谓θ粒子的宇宙学数密度。翻译成英文的原始文件的文件和参考出版的英文版本附后。
2017-05-10 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter with two- and many-body decays and supernovae type Ia
我们提出了一个衰变的暗物质的情况下，子产品是一个单一的无质量的相对论性粒子和一个单一的，有质量的，但可能是相对论性粒子。我们计算了大质量子粒子的速度分布和相应的状态方程，并导出了它在膨胀宇宙中的动力学演化。此外，我们提出了一个衰变的暗物质模型，其中有许多无质量的相对论性子粒子一起在休息的大质量粒子。我们把约束这两个模型使用超新星Ia型观测。我们发现，对于一个女儿的相对论性分数为1%和更高，至少小于10陀螺仪的寿命被排除在外，与较大的相对论性分数约束较长的寿命。
2014-11-17 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological constraints to dark matter with two- and many-body decays
我们提出了一个研究宇宙学意义的一般暗物质衰变。我们考虑两体和多体衰变的情况。在两体情况下，大质量粒子可能具有相对论性的反冲速度，因此具有动力学状态方程。这对宇宙的膨胀历史有影响。我们使用最近的观测数据从宇宙微波背景，重子声学振荡和超新星Ia型获得的暗物质粒子的寿命的限制。我们发现，对于能量分裂超过40%的暗物质粒子能量转移到无质量，相对论性粒子在两体的情况下，或超过50%的多体的情况下，寿命小于宇宙的年龄被排除在95%以上的置信度。当能量分裂下降到10%时，寿命被限制在大约一半以上。
2015-10-22 astro-ph.CO
Dark Matter collisions with the Human Body
我们研究了弱相互作用大质量粒子（WIMPs）与人体内原子核的相互作用。我们的动机是，WIMP是宇宙中暗物质的绝佳候选者。我们的估计使用70公斤的人和各种WIMP质量和横截面。在身体中的各个元素的贡献，它被发现，占主导地位的贡献是从散射的氧（氢）核的自旋无关（自旋相关）的相互作用。对于60 GeV的WIMP的情况下，我们发现，数十亿的WIMP通过人体每秒，大约10个WIMP击中一个原子核在人体中的平均一年，如果散射是在最大的WIMP相互作用与当前的界限一致。我们还研究了具有更大横截面的10-20 GeV WIMP，这些横截面最适合DAMA，COGENT和CRESST数据集，并发现了更高的速率：在这种情况下，平均每年有多达$10^5$ WIMP击中人体细胞核，相当于几乎每分钟一个。虽然WIMP相互作用是人体辐射的一个来源，但与其他自然来源（包括氡和宇宙射线）相比，每年的辐射量可以忽略不计，而且WIMP碰撞对人类无害。
2012-04-11 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological N-body simulations with generic hot dark matter
在宇宙学N体模拟中，我们计算了一般费米和玻色子热暗物质组分的非线性效应。对于亚电子伏特的质量，由热自由流引起的非线性功率谱抑制类似于大质量中微子，而对于大于1eV的质量，非线性相对功率抑制小于线性理论。此外，我们发现，在非线性制度，可以映射到玻色子模型，通过执行一个简单的转换。
2017-05-31 astro-ph.CO
A frequentist view on the two-body decaying dark matter model
本文从频率论视角分析两体衰变暗物质模型，通过Planck和SDSS BAO数据发现其参数约束与贝叶斯结果不同，解释了KiDS-1000约束的先验依赖，为模型可行性提供新见解。
2025-08-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Production of dark-matter bound states in the early universe by three-body recombination
宇宙的小尺度结构问题可以通过自相互作用的暗物质来解决，这种暗物质在低能量时会变得相互作用很强。自相互作用的一个特别的预测模型是具有远大于范围的S波散射长度的共振短程相互作用。在这样一个模型中的横截面的速度依赖性提供了一个很好的拟合推断的自相互作用截面的星系和星系团的暗物质晕，如果暗物质质量约为19 GeV和散射长度约为17 fm。这样一个模型对弱束缚的暗物质粒子团的少体物理学做出了明确的预言。二体束缚团簇的形成是形成较大束缚团簇的瓶颈。我们在假设暗物质粒子是全同玻色子的情况下，计算了早期宇宙中三体复合产生二体束缚团簇的情况，这是最有利的情况。如果暗物质的质量为19 GeV，散射长度为17 fm，那么当暗物质的温度低于结合能时，以两体结合团形式存在的暗物质的比例可以增加4个数量级，但其目前的数值仍然小于10^（-6）。通过放松小尺度结构的限制和降低暗物质粒子的质量，可以将目前的分数提高到10^（-3）。
2018-12-13 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Modelling self-interacting dark matter substructures I: Calibration with N-body simulations of a Milky-Way-sized halo and its satellite
我们研究了自相互作用暗物质（SIDM）模型中银河系大小的主晕中$\sim10^9 M_\odot$质量的单次晕的演化。我们执行暗物质的N-体模拟的动态演化的个体subhaloes轨道其主机通过改变自散射截面（包括速度依赖的情况下），subhalo轨道，和内部属性的subhalo。我们校准重力热流体模型预测孤立的SIDM晕的球形质量密度分布的时间演化与模拟。我们发现，潮汐效应的SIDM subhaloes可以描述的碰撞较少的冷暗物质（CDM）的情况下开发的框架，但由于潮汐剥离的质量损失需要一个较短的典型的时间尺度来解释我们的SIDM模拟结果。只要横截面小于$\sim10\, \mathrm{cm}^2/\mathrm{g}$，并且次晕的初始态被设置在由标准$Λ$ CDM宇宙学预测的红移为$\sim2$的$2σ$能级散射内，我们的模拟就不会表现出10 Gyr次晕中心密度的重力热塌缩的显著特征。我们开发了一个半解析模型的SIDM subhaloes在一个时间演变的密度核心的主机与潮汐剥离和自散射冲压压力的影响。我们的半解析方法提供了一个简单，高效和物理直观的预测SIDM subhaloes，但需要进一步改进，以考虑重子效应的主机和重力热不稳定性加速潮汐剥离效应。
2022-09-06 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Dianoga SIDM: galaxy cluster self-interacting dark matter simulations
该研究通过模拟对比无碰撞、稀有及频繁自相互作用暗物质模型，发现SIDM提高星系团核心密度，且小角度散射抑制更多子晕，并产生更广泛的子晕浓度分布。
2024-04-01 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
N-body simulations of dark matter-baryon interactions
本文提出首个可在 N 体和流体动力学模拟中准确处理暗物质-重子散射的 IDM 方案，通过虚拟散射伙伴实现动量和能量守恒，并验证其能重现解析解及研究暗晕形成，从而为暗物质-重子散射提供新预言和新限制。
2025-07-19 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
The Mass Function of Unprocessed Dark Matter Halos and Merger Tree Branching Rates
在星系形成的半解析模型中，一种常见的方法是构造质量取自晕质量函数的暗物质晕的合并历史的蒙特卡罗实现。无论是质量函数本身，并用于构建合并历史的合并率校准N体模拟。通常，“后溅”晕（那些曾经是较大晕内的次晕，但后来移动到晕外的晕）在晕质量函数和合并率（或等效的祖质量函数）中都被计算在内。这将导致在蒙特卡罗合并历史中的质量的双重计数，这将使结果相对于N体结果产生偏差。我们测量晕质量函数和合并率与此双重计数删除在一个大的，宇宙学的N体模拟与宇宙学参数符合当前的约束。此外，我们占N-体晕质量估计的固有噪声性质时，拟合函数N-体数据，并显示，忽略这些错误会导致显着的系统偏差，从国家的最先进的N-体宇宙学模拟的精度统计。
2016-10-04 astro-ph.CO astro-ph.GA
Orbital precession and other properties of two-body motion in the presence of dark energy
本文研究存在宇宙学常数Λ的开普勒两体问题，通过无量纲参数识别轨道类型，刻画运动定性特征并求解临界参数，为暗能量影响下的天体两体运动分析提供了理论依据。
2024-09-13 astro-ph.CO gr-qc
Searching for dark matter isocurvature initial conditions with N-body Simulations
在原始扰动中可能存在小部分等曲率扰动，并与绝热扰动相关。简单地关闭等曲率扰动可能会导致有偏差的结果。我们通过N体模拟研究了暗物质等曲率对结构形成的影响。从最佳拟合值，我们运行四组模拟不同的初始条件和不同的框大小。我们发现，如果暗物质等曲率分数很小，用大尺度观测的方法，不能通过物质功率谱和两点关联函数检测到它的信号。然而，晕质量函数可以给出明显的信号。相对于在物质功率谱上5%的差异，在$z = 3$上的晕质量函数上可以得到37%的差异。这表明未来的高精度团簇计数实验可以对暗物质等曲率扰动给出严格的约束。
2011-07-20 astro-ph.CO
Global fits of the dark matter-nucleon effective interactions
由自旋为1或0的重粒子介导的暗物质-核子相互作用的有效理论除了依赖于暗物质粒子质量外，还依赖于10个耦合常数。在这里，我们比较了这个11维有效的理论，目前的观察在一个全面的统计分析几个直接检测实验，包括最近的LUX，SuperCDMS和CDMSlite的结果。从一个多维扫描约300万似然评估，我们提取边缘化的后验概率密度函数（贝叶斯方法）和配置文件似然（频率论方法），以及相关的可信区域和置信水平，每个耦合常数与暗物质质量和每对耦合常数。我们比较贝叶斯和频率论的方法，在目前有限的数据量。我们发现，目前的直接检测数据包含足够的信息，同时约束不仅熟悉的自旋无关和自旋相关的相互作用，但也剩余的速度和动量依赖的耦合预测的暗物质-核子有效理论。对于目前的实验与零的结果，我们发现一些对之间的强相关性的耦合常数。对于声称信号的实验（即，CoGeNT和DAMA），我们发现成对的耦合常数产生简并结果。
2015-07-17 astro-ph.CO hep-ph
Statistical mechanics of collisionless orbits. III. Comparison with N-body simulations
我们比较DARKexp的微分能量分布，N（E）\propto \exp（E）-1，从统计力学的考虑，N体模拟的结果暗物质晕。我们首先证明，如果DARKexp晕各向异性的速度分布类似的N体模拟晕，它们的密度和能量分布不能区分从各向同性DARKexp晕。接下来，我们以两种方式进行比较，使用（1）从模拟中提取的实际能量分布，和（2）密度分布的N体拟合公式以及使用各向同性爱丁顿公式从密度计算的N（E）。这两种方法独立地一致认为，DARKexp N（E）与\approx 4-5的DARKexp N（E）是N体N（E）的极好匹配。我们的研究结果表明（但没有证明），统计力学原理的最大熵可以用来解释平衡的N体模拟的最终产品。
2010-10-01 astro-ph.CO
Baryonic impact on the dark matter orbital properties of Milky Way-sized haloes
我们结合光谱方法和银河系大小星系的宇宙学模拟研究了暗物质晕的轨道性质。我们比较了流体动力学和$N$ -体模拟中单个暗物质粒子的动力学和轨道，发现由于重子的影响，暗物质晕的盒、管和共振轨道的比例显著降低。特别是，在流体动力学模拟的暗物质晕的中心区域占主导地位的规则，短轴管轨道，相反，在$N$体运行的混乱，箱和薄的轨道占主导地位。这导致了一个更球形的暗物质晕在流体动力学运行相比，一个扁长的一个常见的$N$体模拟。此外，通过使用基于核的密度估计，我们比较了粗粒度的相空间密度的暗物质晕在两个模拟中，并发现它是较低的$\sim0.5$指数在流体动力学运行由于角动量分布的变化，这表明重子过程，影响暗物质是不可逆的。我们的结果表明，重子在决定星系中暗物质晕的形状、运动学和相空间密度方面起着重要的作用。
2017-01-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark Matter with N-Body Numerical Simulations
数值N体模拟的发展使得人们可以在不同尺度上研究星系的形成和演化过程。本文介绍了N体系统的基本概念，并将其应用于冷暗物质（$Λ$ CDM）模型的宇宙学演化。为了在宇宙中进行结构形成，我们提供了一个介绍的基本方程和他们的GADGET-2软件的实现。我们还提供了一个简单的指南来修改此代码。首先，我们简要介绍了宇宙中的暗物质以及$Λ$ CDM模型的理论和实验基础。然后，我们专注于模拟代码，并提供管理的N体模拟模型的暗物质的方程。在这些模拟中，我们描述了用于模拟气体、恒星动力学和结构形成的光滑粒子流体动力学方法。然后，我们谨慎地引导读者在基于Linux的计算机上安装GADGET-2，并执行几个示例来操作代码。最后，通过使用计算集群，我们展示了一个大型结构模拟的几个结果，分析输出显示的物质功率谱，并比较结果与理论预测。
2021-01-08 astro-ph.CO
Predicting dark matter halo formation in N-body simulations with deep regression networks
暗物质晕在宇宙结构的形成中起着基础性的作用。对它们的装配机构建模的最常见方法是通过N体仿真。在这项工作中，我们提出了一种创新的途径，使用深度学习算法从初始密度场预测暗物质晕的形成。我们实现并训练一个深度卷积神经网络（DCNN）来解决检索拉格朗日补丁的任务，从该补丁中将凝聚出暗物质晕。通过欧氏距离变换，将体积多标签分类问题转化为回归问题。该网络由自适应版本的分水岭算法补充，以形成整个原晕识别管道。我们发现，将分割问题分成两个不同的子任务可以训练更小更快的网络，而管道的预测能力保持不变。该模型在来自单个完整N体模拟的合成数据上进行训练，并且在z=0时重建暗物质晕质量函数时，偏差约为10%。这种方法是一个很有前途的框架，学习在原始密度场的高度非线性关系。作为一个实际应用，我们的方法可以用来产生模拟暗物质晕目录直接从初始条件的N体模拟。
2019-12-09 astro-ph.CO astro-ph.IM
Gravitational Lensing and the Power Spectrum of Dark Matter Substructure: Insights from the ETHOS N-body Simulations
强引力透镜被认为是研究暗物质粒子性质的一种很有前途的天体物理探测手段。在本文中，我们提出了一个银河系大小的晕子结构的投影质量密度（会聚）场的功率谱的详细研究。这个功率谱被认为是一个关键的可观测量，可以从强透镜图像中提取出来，并产生关于透镜星系内物质分布的重要线索。我们使用两种不同的$N$体模拟从ETHOS框架：一个与冷暗物质和另一个与自相互作用的暗物质和初始功率谱的截止。尽管早期的工作确定$ k \gtrsim 100$ kpc $^{-1}$作为最有希望的尺度来了解暗物质的粒子性质，我们发现，即使在较低的波数-这实际上是在不久的将来观测范围内-我们可以获得有关暗物质的重要信息。比较来自不同红移的透镜的$0.1 \lesssim k/$ kpc $^{-1} \lesssim 10$尺度上功率谱的振幅和斜率可以帮助我们区分冷暗物质和其他改变暗晕丰度和中心密度的奇异暗物质场景。此外，通过考虑不同的质量箱的功率谱的贡献，我们发现，在质量范围$10^7 - 10^8$ M $_{\odot}$的subhalos平均上最大的贡献者的功率谱信号的规模$2 \lesssim k/$ kpc $^{-1} \lesssim 15$，尽管众多的subhalos与质量$> 10^8$ M $_{\odot}$在一个典型的透镜星系。最后，通过比较从次晕目录中获得的功率谱与从模拟快照中的粒子数据中获得的…
2018-08-31 astro-ph.CO hep-ph
A Global Analysis of Dark Matter Signals from 27 Dwarf Spheroidal Galaxies using 11 Years of Fermi-LAT Observations
本研究利用11年Fermi-LAT数据对27个矮椭球星系进行暗物质信号全局分析，未发现信号，排除了银河系中心超出的参数，并提供了最严格的截面上限。
2020-02-12 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
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
On $N$-body simulations of globular cluster stream
恒星潮汐流是其轨道中引力势性质的敏感示踪剂，对其密度结构的详细观测可用于对由以下因素引起的势波动进行严格约束，例如，在标准冷暗物质范例（CDM）中，预期的暗物质暗晕的数量。模拟恒星流的演化在活的$N$体晕没有低质量的暗物质subhalos，但是，表明流表现出显着的扰动小尺度上，即使在没有子结构。在这里，我们证明，使用高分辨率$N$ -体模拟结合先进的半解析和简单的分析模型，$10^4$ -$10^5\,\rm{M}_{\odot}$的质量分辨率通常用于执行这样的模拟造成虚假流密度变化与类似的幅度在大尺度上的CDM一样的subhalo人口和一个数量级更大的小，但可观察到的尺度。我们估计，质量分辨率的$\approx100\,\rm{M}_{\odot}$（$\approx1\,\rm{M}_{\odot}$）是必要的虚假的，数值密度变化远低于CDM subhalo期望的大（小）尺度。流是敏感的模拟的粒子质量下降到如此小的质量表明，流是敏感的暗物质集群下降到这些低质量的，如果一个显着的部分暗物质是集群或集中在这种方式，例如，在$10$ -$100\,\rm{M}_{\odot}$的质量的MSO模型。
2021-01-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Tracing the Dark Matter Sheet in Phase Space
暗物质的原始速度色散与结构形成过程中获得的速度相比很小。初始密度分布接近均匀，在相空间中占据一个初始片，在速度空间中为单值。由于引力的作用，这个三维流形在相空间中演化而不会撕裂，保持相空间体积并保持附近点的连通性。N体模拟已经在相空间中跟踪这个薄片的运动。这一事实可以用来从现有的宇宙学N体模拟中提取完整的细粒度相空间结构信息。颗粒被认为是一个非结构化的三维网格的顶点，在六维相空间中移动。在这个网格上，质量密度和动量是唯一定义的。我们将展示如何获得流体的空间密度，检测焦散，并计算流的数量以及它们对配置空间中任何一点的贡献。我们计算的体积速度，局部速度色散，密度从表-所有控制体积的平均值。这提供了大量关于暗物质流体流动的新信息，这些信息以前被认为是N体模拟无法获得的。我们概述了如何使用这种映射来创建新的准确的无碰撞流体模拟代码，可能能够克服困扰当前N体技术的稀疏采样和非物理两体效应。
2012-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
Death and Serious Injury by Dark Matter
宏观暗物质是指各种各样的暗物质候选者，这些候选者预计会（弹性地）散射掉具有大几何横截面的普通物质。大范围的大质量$M_X$和横截面$σ_X$仍未探测。我们表明，在一个广泛的区域内的未探索的参数空间，碰撞的宏观与人体将导致严重的伤害或死亡。我们使用的情况下，这种无法解释的影响与良好的监测子集的人口，以排除由$σ_X \geq 10^{-8} - 10^{-7}$厘米$^2$和$M_X < 50$公斤的区域。我们的研究结果为暗物质打开了一扇新的窗口：人体作为暗物质探测器。
2020-02-18 astro-ph.CO hep-ph
The real and apparent convergence of N-body simulations of the dark matter structures: is the Navarro-Frenk-White profile real?
我们认为，为什么一个尖锐的NFW状配置文件持续发生在N体模拟，在矛盾的一些天文观测的原因。测试N体模拟收敛性的常规方法（特别是两体散射效应的可忽略性）是找到所形成结构的形状对数值参数不敏感的条件。用这种方法得到的结果表明，粒子碰撞的作用令人惊讶的小：中心密度分布保持不变，接近NFW，即使模拟时间显着超过碰撞弛豫时间$τ_r$。利用Fokker-Planck方程分析了晕中心的测试体分布。Fokker-Planck扩散在比$τ_r$更短的时间内将任何合理的初始分布转换成NFW状分布$ρ\propto r^{-1}$。相反，轮廓$ρ\propto r^{-1}$应该存活更长的时间，作为一种吸引子：在这种情况下，福克-普朗克扩散是自补偿的。因此，测试体散射可以创建稳定的NFW类伪解，其可以与真实收敛混合。这一事实可能有助于消除众所周知的“尖端与核心”问题。
2014-10-01 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Merger rates of dark matter haloes: a comparison between EPS and N-body results
我们使用扩展的Press-Schechter近似（EPS）计算了球形坍缩（SC）和椭球坍缩（EC）模型下暗物质晕的合并率。合并率已计算质量范围在$10^{10}M_{\odot}\mathrm{h}^{-1}$到$10^{14}M_{\odot}\mathrm{h}^{-1}$和红移范围在0到3的$z$，并已与其他作者提出的合并率进行了比较，以适应N体模拟的结果。这里提出的详细比较表明，分析模型和N体模拟之间的协议取决于至关重要的后裔晕的质量。在一定的质量和红移范围内，SC和EC模型都能得到满意的N体模拟结果，但在其他情况下，两种模型都不能得到满意的结果，甚至是很差的近似结果。我们表明，通过研究参数的问题，一个分歧-如果它出现-并不取决于参数的值，但在一种特定的解决方案用于分配的祖先或EPS方法的性质。进一步的研究将有助于提高我们对暗物质晕形成过程的理解。
2012-08-02 astro-ph.CO
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
Constraints on Decaying Dark Matter
我们探讨了一个暗物质模型，其中有两种暗物质的质量几乎简并，其中δ = Δ M/M << 1。较重的粒子经历半衰期为τ的两体衰变，变成较轻的暗物质粒子和一个无质量的无相互作用粒子。与以前关于衰变暗物质的工作不同，我们探索了τ> 1亿年的制度和非相对论性的反冲速度vk / c = 1/2。使用一组孤立的暗物质晕的N体模拟，我们展示了如何晕作为tau和vk的函数的变化。当< 40 Gyr is ruled out for vk >我们将模拟结果与矮星系到星团质量的暗物质晕的观测结果进行比较时，我们发现τ为20 km s^{-1}（τ> 10^{-4}）。我们强调哪一组观测应该为衰变和其他类型的暗物质物理学提供更好的未来约束。
2010-11-22 astro-ph.CO hep-ph
Darkness Visible: N-Body Simulations of Dark Matter Spikes in Hernquist Haloes
本研究首次用SWIFT代码完成冷暗物质尖峰的全数值模拟，提出仅含质量比参数的Hernquist晕暗物质尖峰经验密度轮廓，修正了理论标度关系并评估了其对暗物质探测的意义。
2025-03-25 astro-ph.CO
$k$-evolution: a relativistic N-body code for clustering dark energy
本文介绍了基于$\ extit{gevolution}$的相对论性$N$体代码$k$-evolution，通过有效场理论方法纳入聚集暗能量（特别是声速远小于1的$k$-essence），并在简化设置下对比现有模拟展示了暗物质与引力非线性对功率谱的影响及暗能量聚集对大质量晕的作用。
2023-05-20 astro-ph.CO gr-qc physics.comp-ph
General framework for cosmological dark matter bounds using $N$-body simulations
我们提出了一个通用的框架，获得强大的边界上的性质暗物质使用宇宙学$N$体模拟和莱曼α森林数据。我们构建了一个流体动力学模拟的仿真器，这是一个灵活的，准确的和计算效率高的模型预测莱曼α森林通量功率谱不同的暗物质模型，星系际介质（IGM）的状态和原始功率谱的响应。该模拟器结合了一个灵活的参数化的小尺度抑制在“非冷”暗物质模型中出现的物质功率谱，与改进的IGM模型。然后，我们演示了如何优化的情况下，超轻轴子暗物质的仿真器，提出测试的收敛性。我们还进行了交叉验证测试通量功率谱预测的准确性。这个框架可以被优化用于分析许多其他暗物质候选者，例如，温暖或相互作用的暗物质。我们的工作表明，一个优化的仿真器和宇宙学的“有效理论”，其中许多模型是由一组方程描述的组合，是一个强大的方法，从宇宙大尺度结构的强大和计算效率的推断。
2021-02-01 astro-ph.CO
Dark Matter Direct Detection Signals inferred from a Cosmological N-body Simulation with Baryons
我们从最近的一个高分辨率的重子N体宇宙学模拟中提取了红移z=0的银河系大小的物体，包括气体，恒星和暗物质（DM）。它的分辨率足以证明旋转盘的形成和晕势中心的隆起。中央星系晕的相空间结构揭示了一个与恒星盘同向旋转的暗盘成分的存在。在地球位置，它贡献了总DM局域密度的25%左右，其值为rho_DM ~ 0.37 GeV/cm^3。速度分布也显示出强烈的偏离纯高斯和麦克斯韦分布，与高速尾部的急剧下降。我们给出了一个详细的研究，这些功能的预测DM信号在直接检测实验的影响。特别是，DAMA观察到的调制信号是否被其他实验（CDMS，XENON和CRESST......）的重新分析和比较的情况下，一个标准的麦克斯韦晕，在弹性和非弹性散射的情况下。我们发现，DAMA和其他实验之间的兼容性得到改善。在弹性情况下，DAMA调制信号在所谓的沟道区域中略微增强，这是几种效应的结果。对于非弹性的情况下，拟合的改善主要是由于在高速度下偏离麦克斯韦分布。
2010-03-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Frequency of the dark matter subhalo collisions and bifurcation sequence arising formation of dwarf galaxies
本研究通过解析估计与数值模拟，揭示了含气体暗物质子晕碰撞频率及不同速度下形成暗物质主导星系、暗物质缺失矮星系或无星系的分叉机制。
2023-08-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Enhancing Dark Matter Annihilation Rates with Dark Bremsstrahlung
许多类型的暗物质相互作用导致湮灭过程，遭受p波抑制或螺旋抑制，使它们从属于未抑制的s波过程。我们证明了暗初态辐射的自然包含可以打开一个未抑制的s波湮灭通道，从而为特定的相互作用类型提供主导的暗物质湮灭过程。我们用来自费米子暗物质$\overlineχχ\rightarrow \overline{f}fϕ$或$\overline{f}fZ'$的暗自旋0或暗自旋1粒子的韧致辐射来说明这种效应。暗的初始状态辐射过程，尽管有一个3体的最终状态，进行在相同的顺序在新的物理尺度$Λ$作为湮灭到2体的最终状态$\overlineχχ\rightarrow \overline{f}f$。在$Λ$中，这是较低阶的，而不是通过标准模型终态辐射或虚拟内部韧致辐射来提升螺旋度抑制的研究。这种暗韧致辐射过程应该会影响大型强子对撞机和对暗物质的间接探测。
2017-07-27 astro-ph.CO hep-ph
Numerical simulations of dark matter haloes produce polytropic central cores when reaching thermodynamic equilibrium
自引力天体经常在密度剖面（核心）中显示出一个中心平台，其物理起源是激烈争论的。核在理论上被期望存在于最大熵的N体系统中，然而，它们并不存在于冷暗物质（CDM）的正则N体数值模拟中。我们的工作表明，尽管理论和数值模拟之间存在明显的矛盾，但它们是完全一致的。简单地说，核心是热力学平衡系统的特征，但在CDM模拟中，热化碰撞被故意抑制。当碰撞被允许时，N体数值模拟开发核心密度分布，与理论预期完全一致。我们比较了理论和两种类型的数值模拟：（1）当DM粒子具有足够的截面时，有效的两体弛豫时间尺度变得比哈勃时间短，导致核心DM晕。这样得到的晕，质量从矮星系到星系团，在归一化后坍缩成单一的形状，这种形状与理论上预期的多变密度分布相一致。(2)在正则N体数值模拟中，由于使用有限质量DM粒子人为地增加了两体碰撞率，所以通常不考虑内半径。我们发现，丢弃的半径开发的核心是大于所采用的数值软化和多变的形状独立的晕质量。我们的工作表明，在模拟（或观察）的密度分布的核心的存在下，可以作为证据的系统在热力学平衡。
2021-04-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
High-energy Neutrinos from Multi-body Decaying Dark Matter
自从IceCube合作组织报道PeV-TeV中微子以来，人们提出了各种粒子物理模型来解释中微子谱，即暗物质粒子衰变为中微子和其他标准模型粒子，在这种情况下，通常会同时发射$γ$射线。因此，多信使的联系对于间接寻找暗物质通常是重要的。$γ$射线天文学的最新发展对暗物质的性质提出了严格的限制，特别是最近几年费米$γ$射线卫星的观测。由于缺少$γ$射线以及IceCube观测到的中微子谱的形状，我们讨论了DM是PeV尺度粒子的情况，该粒子与其他不可见粒子强烈耦合，并且其衰变产物不包含带电粒子。作为实现这种可能性的一个例子，我们考虑一个费米暗物质模型，它衰变为一个中微子和许多不可见的费米子。暗物质衰变是隐蔽的，因为发射的产物主要是中微子和暗费米子。这个模型的一个显著特征是在暗物质的能量尺度附近产生的宽带中微子光谱。我们将此模型应用于多PeV的暗物质，并讨论可能的观测结果，根据冰立方数据。特别是，这个模型可以解释在$\sim10-100$ TeV的中等能量下的大通量，以及在PeV的第二个峰值，而不违反严格的$γ$ -费米和空气淋浴实验，如CASA-MIA的射线约束。
2017-12-14 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Status of the scalar singlet dark matter model
暗物质最简单可行的模型之一是一个额外的中性标量，由$\mathbb{Z}_2$对称性稳定。使用GAMBIT软件包，并结合从四个独立的采样结果，我们提出了贝叶斯和频率全局拟合这个模型。我们改变了单重态质量和耦合以及13个讨厌的参数，包括直接检测相关的核不确定性，当地的暗物质密度，和选定的夸克质量和耦合。我们包括由普朗克测量的暗物质遗迹密度，LUX，PandaX，SuperCDMS和XENON100的直接搜索，从大型强子对撞机对不可见的希格斯衰变的限制，从太阳中的暗物质湮灭与IceCube搜索高能中微子，并从矮星系中的湮灭与费米LAT搜索伽马射线。可行的解决方案仍然在耦合的顺序统一，为单重质量之间的希格斯质量和约300 GeV，并在质量以上$\sim$ 1 TeV。只有在后一种情况下，标量单线态才能构成所有的暗物质。频率论分析表明，低质量共振区（这里的单线态质量大约是希格斯粒子质量的一半）也可以解释所有的暗物质，并且仍然存在。然而，贝叶斯的考虑表明，该区域是相当微调。
2018-10-19 astro-ph.CO hep-ph
Many-body atomic response functions of xenon and germanium for leading-order sub-GeV dark matter-electron interactions in effective field theory
National Dong Hwa University（东华大学）；National Taiwan University（台湾大学）；Central University of South Bihar（比哈尔南部中央大学）；Institute of Physics, Academia Sinica（中央研究院物理研究所）；Université de Montréal（蒙特利尔大学）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）；Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University（京都大学汤川理论物理研究所）
利用(多组态)相对论随机相位近似计算氙和锗的原子响应函数，考虑相对论、交换和关联效应，成功基准到光吸收数据，并更新了当前实验的排除限。
2026-05-23 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Simulating the complexity of the dark matter sheet II: halo and subhalo mass functions for non-cold dark matter models
我们提出了“片+释放”的模拟，可靠地遵循暗物质结构的演变和以下的暗物质自由流的规模，在传统的N体模拟的不稳定性创造了大量的虚假人工晕。我们的模拟样本的功率谱截止函数，通过半模尺度$k_{\rm{hm}}$和斜率参数$β$参数化的大范围。这个参数空间可以代表许多非冷暗物质模型，包括热遗迹暖暗物质，不育中微子，模糊暗物质，和ETHOS模型的重要部分。结合这些模拟与额外的N体模拟，我们发现以下结果。(1)即使在消除假晕之后，强抑制区（$n_{\rm{X}}/n_{\rm{CDM}} < 5\%$）中的晕质量函数仍然不确定，因为它强烈依赖于晕的定义。在这些质量尺度上，传统的晕发现者主要识别未绑定的，高度拉长的，由潮汐场主导的，或远离维里化的超密度。(2)然而，抑制小于20倍的制度对这些不确定性是相当鲁棒的，并且可以从合适的N体模拟可靠地推断出。(3)参数化的抑制中的晕和subhalo质量函数通过规模的抑制达到$20\%$，$50\%$和$80\%$，我们提供了简单的公式，使许多非冷暗物质模型的预测。(4)在我们的片+释放模拟晕质量浓度关系同意与以前的结果的基础上N体模拟。(5)在一般情况下，我们证实了以前的N体研究的暖暗物质模型的有效性，在很大程度上消除了对人工晕的影响的担忧。
2021-10-19 astro-ph.CO
Analysis of Dark Matter Halo Structure Formation in $N$-body Simulations with Machine Learning
本研究利用$N$-body模拟数据训练机器学习算法，实现暗物质粒子晕分类与晕质量函数重构，发现随机森林和神经网络表现最优，且无需大量训练数据即可获得良好拟合效果。
2023-06-19 astro-ph.CO
