Signatures of dark subhalos in dwarf spheroidal galaxies: I. Fluctuations in surface density
研究通过分析矮球星系团的表面密度波动，提出利用傅里叶方法探测暗物质次亚晕质量函数的新途径。
2026-01-13 astro-ph.CO astro-ph.GA
Prospects for indirect MeV Dark Matter detection with Gamma Rays in light of Cosmic Microwave Background Constraints
质量在MeV范围内的暗物质粒子的自湮灭可以通过瞬发或二次辐射产生伽马射线。然而，这种轻暗物质粒子的湮灭率受到宇宙微波背景（CMB）数据的严格限制。在这里，我们探讨了发现兆电子伏暗物质湮灭与未来兆电子伏伽马射线望远镜考虑到最新的和未来的CMB的限制的可能性。我们研究了最佳能量窗口作为主导湮没末态的函数。我们认为这两个（保守）的情况下，矮球状星系天龙座和（更乐观）的情况下，银河系中心。我们发现，对于某些通道，包括那些与一个或两个单色光子（S）和一个或两个中性π介子（S），一个可检测的伽马射线信号是可能的，为两个目标正在考虑，并与CMB约束兼容。然而，对于其他湮灭通道，包括所有轻子湮灭通道和两个带电π介子，CMB数据排除了任何重要的暗物质湮灭信号，在未来的MeV伽马射线望远镜从矮星系，但可能不是银河系中心。
2017-08-22 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
New model of density distribution for fermionic dark matter halos
在本文中，我们制定了一个新的模型的密度分布晕的暖暗物质（WDM）粒子。该模型是由一个单一的微观物理参数描述-质量（或，相当于初始相空间密度分布的最大值）的暗物质粒子。给定WDM粒子质量和在晕外围的暗物质密度分布的参数，该模型预测的内部密度分布。在初始费米-狄拉克分布的情况下，我们成功地再现了核心的暗物质配置文件从N体模拟。此外，我们还计算了粒子质量为$m_\text{FD}=$ 100，200，300和400 eV的矮球状星系的暖暗物质晕的核心半径。
2019-08-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
The search for DM in nearby dSph galaxies with MAGIC: candidates, results and prospects
目前，银河系的矮球状星系卫星可能是用伽马射线望远镜研究暗物质的最佳天体。它们呈现出宇宙中已知的最高质光比。此外，它们中的许多离地球足够近，能够产生高预测的DM湮灭通量，可以通过目前的伽马射线仪器（如MAGIC）观察到。随着最近新矮星的发现，这幅图景变得更加美好。这些新的天体预计会产生更高的DM湮灭通量，因为它们中的大多数比以前已知的矮星更近，并且是DM主导的系统。这里给出了最佳候选人的暂定名单。本文还介绍了MAGIC对天龙座矮星的观测结果以及其他切伦科夫望远镜对其他矮星的观测结果。最后，我们讨论了这类对象的检测前景的背景下，DM搜索。
2009-01-14 astro-ph.CO
Searching for axion-like particles with SPHEREx
本文研究利用SPHEREx近红外望远镜通过ALP衰变为双光子的信号探测类轴子粒子，并发现其可在0.5-3 eV质量范围内显著提升对轴子-光子耦合的限制。
2025-05-08 astro-ph.CO hep-ph
Search for primordial black hole dark matter with X-ray spectroscopic and imaging satellite experiments and prospects for future satellite missions
超轻的原始黑洞（PBH）的质量范围为10 $^{16}$ - 10 $^{22}$ g，目前的观测允许构成宇宙中暗物质的重要部分，如果不是全部的话。在这项工作中，我们提出了限制超轻，非旋转PBH所产生的霍金辐射信号从这样的对象在keV-MeV的能量带的非检测。也就是说，我们认为从当前一代的任务XMM-牛顿和INTEGRAL/SPI的观测，并讨论未来的任务雅典娜，eXTP和THESEUS PBH搜索的观测角度。基于Draco矮球状星系3.4 Msec总曝光时间的XMM-Newton观测，我们得出质量为$\lesssim 10^{16}$ g的PBH在95%置信水平下不能产生全部暗物质的结论.我们的开-关型分析的$>100$毫秒的积分/SPI数据的银河系晕提出了显着更强的约束。在95%的置信水平下，只有$\lesssim 10$ %暗物质可以用质量为$\lesssim 3\cdot 10^{16}$ g的PBH表示，而大多数暗物质不能用质量比$7\cdot 10^{16}$ g轻的PBH表示.我们讨论了与仪器和天体物理积分/SPI背景变化相关的系统不确定性对导出结果的强烈影响，并估计了其水平。我们还表明，未来的大视场的任务，如THESEUS/X-GIS将能够改善的限制因素的10-100取决于这些仪器的系统下的控制水平。
2022-11-09 astro-ph.CO astro-ph.HE
Detection of branon dark matter with gamma ray telescopes
branon是一种新的自由度，出现在柔性膜世界模型中，对应于膜涨落。这些新的领域可以表现为标准的弱相互作用的大质量粒子（WIMPs）与显着相关的热遗迹密度。我们分析了EGRET，费米-LAT和MAGIC的自发湮灭成光子的限制，以及未来切伦科夫望远镜的探测前景。特别是，我们专注于来自银河系中心和不同的矮椭球体，如天龙座，人马座，大犬座和SEGUE 1可能的信号。我们的结论是，对于这些目标，目前的观测低于branon检测的灵敏度限制，假设标准的暗物质分布，没有额外的助推因子。然而，未来的实验，如CTA，可能能够探测到来自质量高于150 GeV的branon湮灭的伽马射线光子。
2011-11-18 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Indirect Dark Matter Detection in the Multi-Messenger Era: Experiments, Systematics, Anomalies, and Prospects for Discovery
Queen’s University（女王大学）；Zayed University（扎耶德大学）；University of Khorfakkan（霍尔法坎大学）
本文综述多信使时代暗物质间接探测的实验、系统误差与异常，评估各类探测手段的灵敏度与局限，指出需跨独立观测获取统计一致证据才是暗物质发现的强案例。
2026-10-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Gamma rays from ultracompact primordial dark matter minihalos
超致密微晕是最近提出的一类新的暗物质结构。这些小晕可能是由早期宇宙的相变或暴胀子势的特征产生的，并构成了今天的非重子大质量致密晕天体（MACHO）。如果暗物质由自湮灭粒子组成，我们将研究在伽马射线中探测超致密微晕的前景。我们计算了现今的通量从迷你晕产生的电子正电子湮没时代，和QCD和电弱相变在早期宇宙。即使在100 pc的距离上，在电子正电子湮没时期产生的微晕在今天也应该是可以被费米卫星、目前的切伦科夫航空望远镜，甚至是EGRET档案数据探测到的。在约1 pc内，QCD相变中形成的迷你晕将具有与当前间接暗物质搜索目标矮球状星系相似的预测通量，因此也可能被当前或即将进行的实验检测到。
2010-09-02 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Halo Densities and Pericenter Distances of the Bright Milky Way Satellites as a Test of Dark Matter Physics
本文利用相空间分布函数方法分析银河系矮椭球星系，发现其内晕密度差异大且与近心距呈反相关，该分布与含盘势的N体模拟不符，凸显了研究暗物质微观物理的必要性。
2024-05-29 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Detailed abundance analysis from integrated high-dispersion spectroscopy: Globular clusters in the Fornax Dwarf Spheroidal
目的：我们描述了我们新开发的方法，详细的丰度分析从集成光高色散光谱的星团。作为一个试点项目，我们测量了三个球状星团（GC）在天炉座dSphVLT/UVES光谱的几种元素的丰度。方法：我们将聚类色幅图分成大约100个箱，并计算每个箱的合成光谱。单独的模型光谱被共同添加，并且丰度被迭代地调整，直到实现与观察到的光谱的最佳匹配。结果：我们发现天炉座3、4和5的[Fe/H] =-2.3、-1.4和-2.1，具有+/-0.1 dex不确定度。因此，天炉座3号和5号在金属丰度上与大多数贫金属的银河系GC相似，并且落在天炉座中的场星金属丰度分布的极端贫金属端附近。由Ca和Ti追踪的[α/Fe]比，相对于太阳的组成，在天炉座3号和5号的水平上增加了约+0.25 dex，在天炉座4号的水平上可能略低（约+0.12 dex）。对于所有三个星系团，[Mg/Fe]比明显低于[Ca/Fe]和[Ti/Fe]，这可能是银河系GC中众所周知的丰度异常的影响。因此，我们确认，镁可能是一个穷人的代理的整体α元素丰度GC。重元素（Y、Ba和Eu）的丰度模式表明，在所有三个团簇中，r-过程对核合成的贡献占主导地位，平均[Ba/Eu]=-0.7，表明GC的快速形成。结论：将我们的结果与有关天炉座1号和2号的文献数据相结合，五个天炉座GC中有四个落在-2.5<[Fe/H]<-2的范围内，而天炉座4号比其他的更富含金属。在综合…
2012-09-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Galaxy stability within a self-interacting dark matter halo
本文研究了包含自相互作用暗物质晕（SIDM）和de Vaucouleurs恒星分布的球状星系。它们只通过它们共享的引力场耦合，而引力场是根据密度分布计算的。假设质量、动量和角动量守恒，微扰分析揭示了星系对径向扰动的反应。这些模式取决于暗物质的基本性质、恒星质量、晕的质量和半径。恒星和暗物质的耦合稳定了一些在单流体模型中不稳定的晕。然而，中心的密集晕是不稳定的，导致SIDM和恒星的径向流动（有时是相反的方向）。根据暗微物理学，一些高度扩散的晕也是不稳定的。不稳定的星系可能会脱离它们的外围或崩溃。观测到的椭圆星系似乎存在于安全域中。光环脉动是可能的。SIDM波的最内侧节点可能出现在10个半光半径内。如果激发出更高的泛音，在可探测的半径范围内也可能出现诱导的恒星波纹。如果存在任何SIDM，星系的观测skotoseismology可以探测DM物理，测量特定系统的大小，也许有助于解释特殊的物体（例如一些壳星系和红块的生长）。
2012-12-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Searching for correlations in GAIA DR2 unbound star trajectories
在原始黑洞（PBH）冷暗物质（CDM）的情况下，由于恒星和PBH在矮椭球体的密集环境中的紧密接触，预计与紧凑的物体的散射事件。我们发展了一个贝叶斯框架来寻找银河系恒星轨迹与晕中的球状星团和矮星系以及其他邻近星系的相关性。我们应用该方法选择超高速恒星（HVS）和球状星团从盖亚DR 2目录，和已知的附近（主要是矮）星系的完整的相空间和大小的测量。我们报告了$\sim$ 20-40百万年前的轨道相交的积极证据，根据先验，当假设Marchetti等人（2019）距离估计时，射手座矮球体（dSph）星系。我们验证的结果是兼容的演化状态，设置一个下限的恒星年龄为$\sim$ 1亿年。然而，当假设Anders等人（2019）的距离估计时，这种散射事件并未得到证实。我们讨论了与目前的数据质量和未来的前景检测HVS与完整的盖亚目录和人马座dSph的缺点。
2019-11-15 astro-ph.CO astro-ph.GA
Particle Models and the Small-Scale Structure of Dark Matter
早期宇宙中弱相互作用大质量粒子（WIMP）的动力学解耦设定了一个尺度，可以直接转化为物质密度波动谱中的小尺度截止。这里提出的形式主义允许一个精确的描述的去耦过程，从而确定这个规模的基础WIMP微观物理的细节，以高精度。由于退耦温度为几兆电子伏到几千兆电子伏，形成的最小原晕的质量范围在10^{-11}到几乎10^{-3}太阳质量之间-这个范围比早先用退耦温度的数量级估计所发现的要小一些;对于一个给定的WIMP模型，实际的截止质量通常比以这种方式导出的大10倍，尽管在某些情况下该差异可以大到几百倍。观测的后果和前景，以探测这个小规模的截止，这将提供一个迷人的新窗口到粒子性质的暗物质，讨论
2009-06-15 astro-ph.CO hep-ph
A Dark Matter Hurricane: Measuring the S1 Stream with Dark Matter Detectors
最近发现的S1流以低倾角、反向旋转的轨道穿过太阳附近。S1的前身是一个矮星系，其总质量与现在的天炉座矮椭球相当，因此预计该星系流将具有显著的DM成分。我们计算的影响的S1流的WIMP和轴子探测器作为其不可测的暗分量的密度的函数。在WIMP探测器中，S1流提供更多的高能核反冲，因此将略微改善DM探测前景。我们发现，即使S1包括小于10%的局部密度，多吨氙WIMP探测器可以区分S1流从散装晕在相对较窄的质量范围内5和25 GeV之间。在定向WIMP探测器如CYGNUS中，S1更显著地增加了DM探测前景，因为它增强了WIMP信号的各向异性。最后，我们表明，轴子haloscopes拥有迄今为止最大的潜在敏感性的S1流。一旦轴子质量被发现，S1的独特速度分布可以很容易地从轴子功率谱中提取出来。
2018-11-07 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ex
Impact of internal bremsstrahlung on the detection of gamma-rays from neutralinos
我们提出了一个详细的研究的背景下，最小的超对称标准模型的内部韧致辐射光子的影响和它们对伽马射线暗物质湮灭搜索的影响。我们发现，虽然这种效果必须包括正确的评价从中性伴子湮灭的高能量光子的通量，其贡献是相关的，只有在模型和能量的线的贡献是占主导地位的二次光子。因此，我们发现，最乐观的超对称的情况下，暗物质检测不改变显着时，包括内部韧致辐射。作为一个例子，我们回顾了天龙座矮球状星系的伽玛射线暗物质探测的MAGIC立体系统和CTA项目的前景。虽然在参数空间的某些区域中，高能光子的通量被增强了一个数量级，但预期的通量仍然远低于仪器的灵敏度。
2010-05-07 astro-ph.CO hep-ph
Indirect Detection Analysis: Wino Dark Matter Case Study
我们进行了多通道分析的间接信号的维诺暗物质，包括一个回路电弱和索末菲增强校正。我们从宇宙射线反质子和正电子，从连续星系和河外弥漫伽马射线光谱，从没有在银河系中心的伽马射线线功能超过500 GeV的能量，从伽马射线对附近的矮球状星系和星系团，并从CMB功率谱的限制。此外，我们显示了未来的前景中微子观测朝向内银河系和反氘搜索。对于每一个这些间接探测探测器，我们包括和讨论的相关性，最重要的天体物理学的不确定性，可以影响的强度推导出的限制。我们发现，威诺作为一个暗物质的候选人被排除在质量范围低于800 GeV的反质子和1.8和3.5 TeV之间的伽马射线线功能的情况下，对银河系中心。其他间接检测探针的限度确认了排除质量范围的主要部分。
2014-08-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Evolution of Dark Matter Halos and their Radio Emissions
无线电同步辐射被认为是超对称暗物质粒子自湮灭的自然副产品。在这项工作中，我们讨论了无线电发射的一般性质，预计在广泛的暗物质晕，从本地矮球状星系到大型和遥远的星系团，目的是确定中性子暗物质探测前景的平方公里阵列（SKA）。分析SKA探测到的暗物质（DM）引起的无线电发射的结构跨越了很宽的范围内的质量和红移，我们还分析了限制，SKA可以设置在热平均中性伴子湮灭截面的非检测事件。为此，我们构建了一个暗物质晕射电辐射红移演化模型，并应用它来预测围绕矮星系、星系和星系团的暗物质晕的中性伴子质量和湮灭通道。使用现有的SKA性能预测和它的能力，以确定一个独立的措施，在宇宙结构中的磁场，我们探讨了详细的检测前景和上限，可能会被放置在中性伴湮没截面的非检测事件。我们发现，SKA可以访问一个中性伴子参数空间远远大于任何先前的间接检测实验，也提高了现实的CTA检测前景，与设置横截面上限的可能性，四个数量级以下的热遗迹密度约束。此外，我们发现，中性伴子无线电发射进行红移独立的签名的主导湮没通道和中性伴子质量，因此提供了一种手段，以确定这种非热辐射的SKA的观测频率范围内。
2015-01-05 astro-ph.CO
ETHOS -- An Effective Theory of Structure Formation: Impact of Dark Acoustic Oscillations on Cosmic Dawn
即将到来的宇宙黎明期间21厘米氢线（$z\sim 10-30$）的数据将彻底改变我们对第一个星系的天体物理学的理解。在这里，我们提出了一个案例研究如何利用这些相同的测量，了解小尺度下的暗物质（DM）的性质。聚焦于有效结构形成理论（ETHOS）范式，我们运行了一套涵盖广泛DM微观物理学的模拟，将$N$体模拟的输出连接到专用的21 cm模拟，以预测整个宇宙黎明期间21 cm信号的演变。我们发现，针对全球信号和21厘米功率谱的观测站是敏感的所有ETHOS模型，我们研究，并可以区分他们从CDM，如果抑制波数小于$k\approx 300\, h/$ Mpc，即使当占反馈的唯象模型。这是一个数量级较小的同向尺度比目前所限制的其他数据集，包括莱曼- $α$森林。此外，如果一个前瞻性的21厘米探测证实了在小尺度的功率不足，我们表明，ETHOS模型与强大的暗声学振荡可以区分从纯抑制温暖的暗物质，显示功率的21厘米数据，以了解DM的行为在最小的物理尺度。
2020-11-10 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
First Results on Dark Matter Substructure from Astrometric Weak Lensing
暗物质（DM）的低质量结构预计将完全没有发光区和重子。正是因为缺乏重子反馈，银河系的小尺度子结构是一个相对原始的试验场，可以用来发现亚星系尺度上的DM微观物理学和原始涨落。在这项工作中，我们报告的结果，从第一次搜索银河系DM subhalos与时域天体测量弱引力透镜。分析的基础上匹配的过滤器模板的本地透镜校正的恒星在麦哲伦星云的自行。我们描述了一个数据分析管道，详细介绍了样本选择，背景减除，处理离群值和其他系统。对于暂定的候选镜头，我们确定了一个签名的基础上，可以明确地确认DM镜头的存在，开辟了强大的发现潜力与完整的时间序列数据的前景异常视差模板。我们提出了我们的约束子结构分数$f_l \lesssim 5$在90% CL（和$f_l \lesssim 2$在50% CL）的紧凑型透镜半径$r_l < 1\,\mathrm{pc}$，最佳的灵敏度达到周围的$10^7$ - $10^8\,M_\odot$的透镜群众$M_l$。预计未来天体测量数据集的参数将得到改进;到任务结束时，$Gaia$可以为这些大质量点状物体达到$f_l \lesssim 10^{-3}$，并对$\mathcal{O}(1)$子结构部分的较轻和/或更长的subhalo敏感。
2020-02-05 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Dark matter substructure modelling and sensitivity of the Cherenkov Telescope Array to Galactic dark halos
银河系中的暗物质呈团块状分布是由于星系的等级结构形成的结果。这些团块是用现在和将来的$γ$射线仪器寻找暗物质湮灭的可能目标。团块分布存在许多不确定性，导致关于可检测团块的预期数量和可从未检测中获得的随后限制的有争议的结论。在本文中，我们使用CLUMPY代码来模拟数千个天空图的几个集群分布。这使我们能够统计评估可检测团块的典型属性（质量，距离，角度大小，光度）。不同的参数的团块分布，使我们能够确定的关键数量，可检测的团块的数量是最敏感的。我们的分析集中在两个极端的团块配置，但与数值模拟的结果一致，我们重新审视和比较各种计算的费米-LAT仪器，在预期的黑暗团块的数量和银河信号的角功率谱。然后，我们专注于未来CTA仪器检测暗团块的前景，为此，我们使用开源CTA软件进行了详细的灵敏度分析。基于一个现实的情况下，预见CTA河外调查，并占审判后的敏感性调查，我们表明，我们获得竞争和互补的限制，那些基于长期观察一个明亮的矮球状星系。
2016-10-01 astro-ph.CO astro-ph.HE
$γ$-ray and $ν$ searches for dark matter subhalos in the Milky Way with a baryonic potential
我们银河系中暗物质（DM）暗晕的分布仍然存在争议，导致不同的$γ$ -射线和$ν$通量预测从它们的湮灭或衰变。在这项工作中，我们研究如何，在银河系内部，从银河重子潜在的subhalo潮汐中断影响这些信号。基于国家的最先进的模拟这种效果的数值模拟和半解析结果，更新subhalo空间分布的推导和包括在CLUMPY代码。后者用于产生$γ$射线和$ν$天空的一千种实现。与仅基于DM的预测相比，我们得出结论，最亮的subhalo的通量减少了2至7倍，用于湮灭DM，并且对衰减DM没有影响：发现前景或限制subhalos可以设置在DM候选人上受到相同因素的影响。这项研究还提供了概率密度函数的距离，质量和角分布的最明亮的subhalo，其中的质量可能暗示其性质：它是最有可能的矮球状星系的情况下，从重子势的强潮汐效应，而它是轻的，可能是一个黑暗的晕DM只有或不太明显的潮汐效应。
2019-05-28 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Combined analysis of effective Higgs portal dark matter models
我们结合和扩展的有效标量，矢量，马约拉纳和狄拉克费米子希格斯门户模型的暗物质（DM），其中DM耦合到标准模型（SM）希格斯玻色子通过一个运营商的形式$\mathcal{O}_{\textrm{DM}}\, H^\dagger H$的分析。对于费米子模型，我们采用标量$\overlineψ ψ$和赝标量$\overlineψ iγ_5 ψ$相互作用项的混合。对于每个模型，我们应用普朗克测量DM遗物密度和希格斯不可见的分支比的LHC限制的基础上的参数空间上的约束。对于第一次，我们进行了一致的研究，间接检测这些模型的基础上的宇宙微波背景的WMAP 7/普朗克观测，15个矮球状星系的费米-LAT和即将到来的切伦科夫望远镜阵列（CTA）的综合分析。我们还正确地处理了费米子DM理论中由赝标相互作用项引起的动量相关的直接搜索截面。我们发现，与以前的研究一致，当前和未来的直接搜索实验，如LUX和XENON 1 T可以排除大部分的参数空间，我们证明，在间接和直接搜索的联合观察是可能的高质量弱相互作用的大质量粒子。在费米子DM候选者的纯赝标相互作用的情况下，未来的伽马射线搜索是唯一一类能够探测理论的高质量范围的实验。
2016-06-14 astro-ph.CO hep-ph
Theoretical predictions for dark matter detection in dwarf irregular galaxies with gamma rays
我们调查矮不规则（dIrr）星系作为一个新的类别的目标，间接暗物质（DM）的搜索与伽马射线。在点状分析的框架下，矮球状（dSph）星系通常被认为是间接DM搜索的最佳目标类别之一。尽管如此，由于其不确定的运动学，DM内容和天体物理的J因子的dSphs通常受到显着的错误。在本文中，我们研究了一个样本的36 dIrrs作为前瞻性的目标感兴趣。在普遍的旋转曲线的框架内，dIrr星系的运动学提供了一个很好的估计其DM晕密度分布，因此，他们的天体物理J-因子。我们计算了这36个dIrr星系的J因子。我们发现一系列的值可比的J-因子dSph星系。然而，与dSphs不同的是，dIrrs中预计会有额外的天体物理伽马射线背景成分，这是由于它们的恒星形成活动。在本文中，我们通过一个理论的方法表明，在我们的样本中的星系的额外的天体物理背景分量是可以忽略不计的。因此，我们得出结论，dIrr星系可以被认为是额外的点状目标DM搜索与伽马射线。作为这项研究的第一个应用程序，我们显示的费米-LAT望远镜对这些对象的灵敏度限制，我们计算DM粒子质量和湮灭截面上的约束。我们的结论是，几个dIrr星系的个别研究的结果还没有竞争力的分析最有前途的dSph星系之一，即SEGUE 1。然而，考虑到SEGUE 1在J系数计算中与不确定性有关的不确定性，可能会改变这一结论。此外，我们计算的约束条件的7个最有前途的dIrr星系的我们…
2018-09-18 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
