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
Fuzzy Gasoline: Cosmological hydrodynamical simulations of dwarf galaxy formation with Fuzzy Dark Matter
本文利用新代码FUZZY-GASOLINE进行了首批FDM框架下的高分辨率流体动力学宇宙学模拟,发现FDM与重子过程通过不同机制影响暗物质核的形成,但恒星观测量与CDM模型高度相似,难以仅通过恒星观测区分两者。
2024-11-14 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Fuzzy dark matter simulations
Institute of Astrophysics, National Taiwan University(台湾大学天文研究所);Department of Physics, National Taiwan University(台湾大学物理系);Center for Theoretical Physics, National Taiwan University(台湾大学理论物理中心);National Center for Theoretical Sciences(国家理论科学中心)
本文综述了模糊暗物质的理论框架和模拟方法,讨论了波动力学和流体模拟算法的优劣,并提供了公开的初始条件文件以供比较。
2026-04-04 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
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
Unifying dark matter, dark energy and inflation with a fuzzy dark fluid
标量场出现在许多宇宙学模型中,特别是为了解释暗能量和暴胀,但也是为了模拟暗物质。在本文中,我们表明,这是可能的标量场同时取代暗物质,暗能量和通货膨胀假设存在的非最小耦合到重力,墨西哥帽潜力,和自发对称性破缺前的通货膨胀。在暴胀之后,标量场表现得像一种暗流体,模仿暗能量和暗物质,并且具有类似于模糊暗物质的暗物质行为。
2020-07-10 astro-ph.CO hep-th
Analytical approach to core-halo structure of fuzzy dark matter
超轻玻色子暗物质被称为模糊暗物质(FDM),作为冷暗物质的替代物,引起了人们的广泛关注。FDM模型的一个有趣的特点是存在一个孤立子核心,一个稳定的致密核心形成的中心晕。本文通过近似求解薛定谔-泊松方程,解析地研究了孤立子核性质与晕特性的关系。专注于基态本征函数,我们推导出一个关键的表达孤子核心半径,从我们得到的核心晕质量关系类似于早期的数值工作中发现的,但涉及的因素依赖于晕浓度和宇宙学参数至关重要。基于新的关系,我们发现:对于给定的宇宙学,(i)对于每个晕质量,孤子核的半径和质量都存在一个理论上的界限;(ii)将浓度-晕质量(C-M)关系引入到预言中,核-晕关系一般表现出非幂律行为,并且C-M关系在低质量尺度下被抑制,与FDM模型相关,预测往往匹配的模拟以及(iii)在C-M关系的散射产生相当大的分散在核心晕的关系,并可以解释从宇宙学模拟得到的结果。最后,我们的分析处理的有效性进行了严格审查。微扰估计表明,核心晕关系的预测是有效的,在很宽的参数空间范围内,和近似调用的分析计算的影响是小的,虽然它不是完全可以忽略不计。
2022-11-16 astro-ph.CO
On the Cosmic Web Elongation in Fuzzy Dark Matter Cosmologies: Effects on Density Profiles, Shapes and Alignments of Halos
模糊暗物质(FDM)方案近年来受到越来越多的关注,这是由于香草λ冷暗物质($Λ$ CDM)宇宙学模型的小尺度挑战以及缺乏任何候选粒子的实验证据。在这项研究中,我们使用宇宙学$N$体模拟研究高红移暗物质晕和它们的响应小尺度上的原始密度扰动的FDM类功率谱截止。我们研究晕的密度分布,形状和排列在FDM类宇宙学(后两个第一次),通过提供拟合和量化偏离$Λ$ CDM作为粒子质量$m$的函数。与$Λ$ CDM相比,FDM样晕的浓度较低,在$m$依赖性晕质量处达到峰值,因此打破了$Λ$ CDM中密度分布的近似普遍性。在$Λ$ CDM的$N$ -体模拟中,中间到主要和次要到主要形状参数曲线随椭球半径单调增加。在类FDM宇宙学中,单调性被打破,晕在维里半径周围比$Λ$ CDM对应物更长,而在靠近中心的地方更短。最后,内在的对齐相关性,源于变形的初始球形坍缩晕在周围的重力潮汐场,成为更强的减少$m$。在$z\sim 4$中,我们发现$m=10^{-22}$ eV模型和$Λ$ CDM中各向同性线性排列幅度$D_{\text{iso}}$之间的分数差异具有$6.4 σ$显著性。在高$z$宇宙中,这种类似于FDM的印记在维里化晕的内部性质上是非常明显的。
2023-01-19 astro-ph.CO
Exploring delaying and heating effects on the 21-cm signature of fuzzy dark matter
在模糊暗物质(FDM)模型中,暗物质由德布罗意波长为$\sim$ kpc的超轻粒子组成,在此之上,它的行为就像冷暗物质(CDM)。因此,FDM抑制了小尺度结构的生长,从而延迟了宇宙黎明(CD)和随后的再电离(EoR)时期的开始。这就留下了天空平均21厘米信号(全球)以及21厘米波动的潜在特征,可以通过正在进行的和未来的21厘米全球和强度测绘实验来寻找。为了可靠地做到这一点,关键是要包括暗物质/重子相对速度和莱曼-沃纳恒星形成反馈等效应,这些效应也可以作为延迟机制,以及CMB和\lya加热效应,这些效应可以显着改变信号的幅度和时间,这取决于第一批恒星残余物产生的X射线加热的强度。在这里,我们使用修改后的版本的公共代码21 cmvFAST,占所有这些额外的影响,并直接与玻尔兹曼代码CLASS,使宇宙学和天体物理参数之间的简并,可以充分探讨FDM宇宙学和EoR模型的21厘米信号。我们研究的前景,以区分CDM和FDM模型和预测联合天体物理学,宇宙学和FDM参数的约束,实现强度映射实验,如HERA和全球信号实验,如EDGES。我们发现,HERA将能够检测FDM粒子质量高达$m_{\rm FDM}\! \sim \!10^{-19}\,{\rm eV}\!-\!10^{-18}\,{\rm eV}$,这取决于前景的假设,尽管包括在分析中的延迟和加热机制的缓解效果。
2022-01-10 astro-ph.CO
Closing the window on fuzzy dark matter with the 21cm signal
模糊暗物质(FDM)是暗物质(DM)的一个很好的候选者,因为它的小质量和大的de-Broglie波长抑制小尺度物质波动,从而解决了$Λ$ CDM中的一些小尺度差异。虽然它已被排除为DM的单个分量,但在FDM参数空间(“FDM窗口”,$10^{-25}\,\mathrm{eV}\lesssim m_\mathrm{FDM}\lesssim10^{-23}\,\mathrm{eV}$)中仍有一个区域允许FDM包括总DM的大部分。在这项工作中,我们第一次研究了FDM(由超轻轴子组成)在21厘米信号上的分数小于1的签名及其可探测性,21厘米干涉仪如HERA,考虑到天体物理和宇宙学参数的简并性,使用一个新的管道,结合修改版本的CAMB和21厘米FAST代码。我们的预测意味着,HERA在其设计性能将是敏感的FDM分数小到1%的FDM窗口,并提高了现有的界限,其他群众高达一个数量级。
2022-08-24 astro-ph.CO
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
Interference in Fuzzy Dark Matter Filaments: Idealised Models and Statistics
本文提出模糊暗物质细丝干涉的理想化模型,通过本征态展开和椭球坍缩质量函数计算功率谱,再现宇宙学模拟中的物质功率增强,为限制玻色子质量和区分暖暗物质提供新途径。
2025-02-23 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological zoom-in simulation of fuzzy dark matter down to z = 0: tidal evolution of subhaloes in a Milky Way-sized halo
本研究利用GAMER-2代码的流体-波混合方案,对银河系大小的FDM暗晕开展z=0以下的宇宙学缩放模拟,揭示了FDM亚晕的潮汐演化特征与核结构规律,验证了代码解析非线性FDM子结构的能力。
2025-05-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
An analytic model for the sub-galactic matter power spectrum in fuzzy dark matter halos
模糊暗物质(FDM)是一种质量范围为$m \sim 10^{-24} - 10^{-20}\ \rm{eV}$的与引力场无自相互作用的标量粒子,是冷暗物质的最有希望的替代暗物质候选者之一。量子干涉图样是有限差分的一种独特结构,在宇宙学有限差分模拟中可以在晕中看到。本文首先给出了一个由FDM晕中的量子团簇产生的次银河系物质功率谱的解析模型,其中FDM的密度分布由其大小与FDM的德布罗意波长相对应的量子团簇的叠加表示。这些团块被假定为随机分布,使得系综平均密度遵循晕轮廓,诸如Navarro-Frenk-White轮廓。然后,我们比较的收敛功率谱投影沿视线周围的爱因斯坦半径,这是从亚银河系物质的功率谱转换,在强透镜系统SDSS J 0252 +0039中测量。虽然我们发现,目前的观测没有提供有用的约束FDM质量,我们表明,未来的深,强透镜系统的高空间分辨率的观测可以严格约束FDM周围的质量$10^{-22}\ \rm{eV}$。
2021-11-15 astro-ph.CO
The halo mass function and filaments in full cosmological simulations with fuzzy dark matter
本研究利用AxiREPO代码开展大尺度FDM宇宙结构全波模拟,对比不同初始条件与动力学的成团结果,首次测得FDM暗晕质量函数,发现其纤维结构特征给暗晕识别带来挑战。
2022-09-29 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Vector Fuzzy Dark Matter, Fifth Forces, and Binary Pulsars
我们研究的长期影响,振荡的背景超轻(模糊)宇宙学矢量场的动力学的二元系统,这种影响出现时,该领域和二进制的共振。我们首先考虑场和系统之间的引力相互作用,并用振荡的背景标量场量化主要的差异。如果这样一个领域的能量密度是足够大的,如所需的,如果它应该是所有的暗物质,我们表明,长期的影响可能会产生潜在的可观察到的签名在高精度的到达时间测量的二进制双星。然后,我们分析了长期的影响时,出现的领域是直接耦合到机构的二进制。我们表明,这项研究是特别相关的模型,模糊暗物质介导重子力$B$(或$B-L$,与$L$轻子数),由于恒星的核子量存在于恒星。我们从当前数据中获得的约束条件已经与等效原理的实验室测试具有竞争力(甚至更具约束力)。
2018-07-27 astro-ph.CO hep-ph
Cosmological particle-in-cell simulations with ultralight axion dark matter
我们研究了超轻轴子暗物质或“模糊暗物质”(FDM)的宇宙结构形成,使用粒子网格方案来解释薛定谔-泊松方程的马德隆公式中产生的量子压力。子能级能量守恒和正确的线性行为证明。尽管该代码产生了与薛定谔方程的直接模拟相同的核心晕轮廓,但它没有再现详细的干涉图案。在FDM初始条件下的宇宙学模拟中,我们发现在量子Jeans长度附近的功率谱中,与使用具有相同初始条件的标准N体代码相比,最大相对差为O($10\%$)。这表明,在对由超轻轴子组成的暗物质成分进行精确约束时,不能忽略非线性结构形成过程中量子压力的影响。
2017-01-02 astro-ph.CO
Interference with Gravitational Instability: Hot and Fuzzy Dark Matter
该研究针对高动量模糊暗物质的干涉特性,建立波动微扰理论并结合Schrödinger-Poisson模拟验证,揭示其引力不稳定性规律,阐明其与热暗物质的相似性及对宇宙学结构的独特影响。
2025-09-04 astro-ph.CO hep-ph
Structure formation in large-volume cosmological simulations of fuzzy dark matter: Impact of the non-linear dynamics
本文通过包含完整非线性波动力学的谱方法大体积模拟,研究模糊暗物质对物质功率谱和晕质量函数的影响,揭示其小尺度功率抑制及特征质量以下晕丰度显著减少,为缓解小尺度危机提供依据。
2024-06-14 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
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
Accretion-Driven Squeezing of Fuzzy Dark Matter Halo Cores in the Schrödinger-Newton Framework
本文在薛定谔-牛顿框架下研究超大质量黑洞吸积对模糊暗物质孤子核的挤压效应,发现其可减小核尺寸并提高中心密度,为解释星系核观测差异提供新见解。
2025-09-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Deep zoom-in simulation of a fuzzy dark matter galactic halo
由超轻玻色粒子构成的模糊暗物质(FDM)是冷暗物质(CDM)的一种可行的替代物,它在坍缩结构中具有清晰可区分的小尺度特征。在大尺度上,它的行为类似于CDM,只在初始功率谱中偏离一个截止值,可以使用N体方法进行研究。相反,德布罗意尺度附近的波干涉效应导致FDM特有的新现象。在暗条和晕中的干涉模产生随机振荡的颗粒结构,在晕形成过程中该颗粒结构凝聚成孤子核。研究这些高度非线性的波动现象需要空间分辨的薛定谔方程的数值积分。在以前的论文中,我们介绍了一种混合放大方案,该方案结合了N体方法来模拟周围的大尺度引力势和预选晕上的质量吸积,并模拟薛定谔-泊松方程来捕获这些晕内的波动效应。在这项工作中,我们提出了一个新的,大大改善了重建方法的波函数内部的先前崩溃的结构。我们展示了它的能力,一个深入的放大模拟一个充分研究的亚$L_\ast$大小的星系晕从宇宙学的初始条件。在($60$ h ${^{-1}}$共动Mpc)${}^{3}$宇宙盒中,粒子质量为$m = 2.5\times 10^{-22}\,$ eV,晕质量为$M_{\text{vir}}=1.7\times 10^{11}\,M_{\odot}$,有效分辨率为20共动pc.这推动了$m$和$M$的值接近模拟显着的FDM质量的允许范围内研究星系演化的相关。
2021-10-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.IM
Cosmological Dark Matter: a Review (the April Fool Edition)
在过去的几十年里,关于暗物质的存在和性质的证据不断积累。根据候选粒子的不同,暗物质可以呈现出几种宇宙学定义的模型之一:热暗物质、冷暗物质、暖暗物质、自相互作用暗物质和模糊暗物质。在本文中,我回顾了这些模型的相关性和地位,是否有可能为一个以上的这些模型,每个构成的暗物质的一部分,并讨论了确定这些模型中的任何一个是否可以成功地描述我们自己的宇宙的属性和演化的前景。
2020-04-09 astro-ph.CO hep-ph
Diverse dark matter haloes in Two-field Fuzzy Dark Matter
本文通过高分辨率宇宙学模拟,首次揭示双场模糊暗物质模型中暗物质晕的多样结构,发现其孤子核心形态取决于形成时间与潮汐环境。
2025-06-20 astro-ph.CO astro-ph.GA
Construction of fuzzy dark matter halos with arbitrary initial velocities
本研究针对模糊暗物质(FDM)晕初始全局速度非零的问题,推导了其理论公式并揭示其源于奇偶宇称态干涉,提出了一种抵消该速度并定制初始全局速度的实用方法,以支持受控模拟中的星系碰撞等研究。
2025-03-06 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
One-Dimensional Fuzzy Dark Matter Models: Structure Growth and Asymptotic Dynamics
本文研究了用减少的空间维数模拟模糊暗物质(FDM)的可行性。我们的目标是建立一个现实的,但数值上便宜,玩具模型在$(1+1)$维时空,即-在良好的控制系统条件下-能够实现的重要方面的成熟的$(3+1)$ -FDM现象通过一维类似物。基于周期性边界条件下的耦合、非线性、非局域$(3+1)$ -Schrödinger-Poisson方程,我们导出了两个不同的一维模型,它们的横向物质分布不同,从而在一维上的非局域相互作用也不同.我们表明,这些差异改变了松弛过程的初始状态以及渐近,即,热化和维里化,平衡态。我们的研究包括非膨胀空间中的人工初始条件的动力学演化,以及膨胀空间中的宇宙学初始条件。这项工作的研究结果是相关的解释的数值模拟数据建模nonrelativistic模糊冷暗物质在减少的维度,在寻求测试这些模型和可能的实验室实现它们。
2021-03-23 astro-ph.CO cond-mat.quant-gas nlin.PS
The Diversity of Core Halo Structure in the Fuzzy Dark Matter Model
在模糊暗物质(FDM)模型中,引力坍缩的物体总是由位于维里化晕内的孤子核心组成。虽然各种数值模拟已经证实,坍缩结构可以描述的核心NFW一样的密度分布,仍然有分歧的核心质量和晕质量之间的关系。为了充分理解这种关系,我们已经组装了一个大样本的核心晕的基础上理想化的孤子合并和宇宙学模拟与各种盒子的大小。我们发现,有一个相当大的分散在核心晕质量的关系,增加晕质量,表明FDM模型允许核心和晕共存于不同的配置。我们提供了一个新的经验方程的核心晕质量关系的不确定性,可以包括所有以前发现的关系中的色散,并强调,任何观测约束的粒子质量使用一个紧密的一对一的核心晕质量关系应遭受额外的不确定性的顺序为50%的晕质量$ \ge 10^9 (8 \times 10^{-23} eV/ (mc^2))^{3/2} M_\odot$。我们认为,潮汐剥离可能是一种影响,有助于分散的关系。
2022-01-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Solitons in the dark: non-linear structure formation with fuzzy dark matter
我们提出了一个完整的宇宙学模拟的结果与新的代码SCALAR,其中暗物质是在模糊的暗物质的形式,描述了一个轻的标量场与质量为$m_{\rm B} = 2.5 \times 10^{-22}$ eV和发展根据薛定谔泊松方程组。在共动单元中,模拟体积在一侧是$2.5 ~ h^{-1} {\rm Mpc}$,在最精细的细化级别上具有$20~h^{-1}{\rm pc}$的分辨率。我们分析的形成和演化的中心孤子核心,这被发现留下他们的印记上的暗物质密度分布,导致浅的中心密度,和旋转曲线,产生一个额外的圆速度峰值在小半径的中心。我们发现,由于标量场的量子性质的抑制结构的结果在一个浅晕质量函数在低质量端相比,$Λ$ CDM模拟的情况下,在该情况下,暗物质预计集群在所有的质量尺度,即使进化与模糊暗物质相同的初始条件。此外,我们验证的标度关系表征的解决方案的薛定谔-泊松系统,孤立和合并晕,我们发现,他们被保存合并过程。我们将每个模糊的暗物质晕的无量纲量$Ξ\propto \left | E_{\rm halo} \right |/M_{\rm halo}^3$,我们表明,核心质量是紧密相连的晕质量的核心晕质量关系$M_{\rm core}/M_{\rm halo} \propto Ξ^{1/3}$。我们还表明,模拟的模糊暗物质晕的核心表面密度不遵循观测到的矮星系的核心半径的缩放,代表了一个很大的挑战…
2020-07-08 astro-ph.CO gr-qc
Nested solitons in two-field fuzzy dark matter
本研究针对弦论动机下的双场超轻轴子模糊暗物质模型,通过数值模拟发现质量差异大时暗晕中心会形成嵌套孤子,且双场宇宙学的小尺度结构特征与单场模型存在显著区别。
2024-01-31 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fuzzy Dark Matter Soliton Cores around Supermassive Black Holes
我们探讨了超大质量黑洞(SMBH)对暗物质晕中心模糊暗物质(FDM)孤子核密度分布的影响。我们数值求解薛定谔-泊松方程,治疗的黑洞作为一个引力质点,并证明,这一额外的扰动项有"压缩"效应的孤子密度分布,减少核心半径,增加中心密度。在大黑洞质量的极限下,该解接近于类似于氢原子的解,其半径与黑洞质量成反比。通过将我们的分析应用到两个特定的星系(M87和银河系),并将其与已知的观测限制的中心集中的暗物质的量,我们得到了FDM粒子质量的约束,发现范围$10^{-22.12}$ eV $\lesssim m \lesssim 10^{-22.06}$ eV应被禁止(考虑到额外的因素,在附近的一个黑洞的孤子的寿命)。改进的观测质量测量的黑洞和总封闭的质量将显着扩展的下限上排除FDM质量区域,而自洽的理论模型的孤子-黑洞系统可以扩展的上限。
2020-01-23 astro-ph.CO astro-ph.GA
Fuzzy Dark Matter from Infrared Confining Dynamics
质量为$\mathcal{O}(10^{-22})$ eV的非常轻的玻色子可能是可行的暗物质(DM)候选者,可以避免与冷DM相关的唯象问题。这种“模糊DM(FDM)”自然可以是具有衰变常数$f_a \sim 10^{16} ÷10^{18}$ GeV和质量$m_a \sim μ^2/f_a$具有$μ\sim 10^2$ eV的轴子。在这里,我们提出了一个具体的模型,其中$μ$出现作为一个动力学尺度从红外约束动力学,类似于QCD。我们的模型是一种替代通常的方法产生$μ$通过弦理论的瞬子效应。我们概述了这种情况下,从各种宇宙学约束的结果的功能。我们发现,这些限制是暗示一段温和的通货膨胀,也许从一个强大的一阶相变,重新加热的标准模型(SM)部门。广义上说,我们对这种情况的一个典型预测是,中微子的有效数量比SM值$N_{\text{eff}} \approx 3$更大,这是从对宇宙微波背景的精确测量中推断出来的。一些新的自由度可能被认为是“无菌中微子”,这可能是解释某些中微子振荡异常所必需的。因此,我们的方案的方面可以在陆地实验中进行测试,这是我们的FDM模型的新颖性。
2017-04-04 astro-ph.CO hep-ph
Fuzzy dark matter soliton core hosting a supermassive black hole as a dense low-mass perturber in strong gravitational lensing
Chiba University(千叶大学);The University of Tokyo(东京大学)
提出模糊暗物质模型中由超大质量黑洞增强的孤子核作为强引力透镜中的有效扰动体,解释了JVAS B1938+666中未知天体的质量分布。
2026-06-11 astro-ph.CO hep-ph
First star-forming structures in fuzzy cosmic filaments
在结构形成的分级模型中,第一个星系形成于低质量的暗物质势阱中,探测暗物质在千秒差距(kpc)尺度上的行为。尽管这些物体低于现有望远镜的探测阈值,但未来的任务将为这个新兴世界打开一扇观测窗口。在这封信中,我们调查如何第一个星系组装在一个“模糊”的暗物质(FDM)宇宙学的暗物质是一个超轻的$\sim 10^{-22}$ ~eV玻色子和原始恒星预计将形成沿密集的暗物质丝。使用第一种宇宙流体动力学模拟,我们探讨了重子物理和FDM固有的独特的波动特征之间的相互作用。在我们的模拟中,暗物质细丝在玻色子德布罗意尺度上表现出相干干涉图样,并发展出在引力作用下不稳定并坍缩成kpc尺度球形孤子的圆柱形类孤子核。暗物质分布的特征在很大程度上不受重子反馈的影响。相反,气体和恒星的分布确实沿着整个暗条形成,显示出被暗物质印记的中心核心--FDM的确凿证据。
2019-10-08 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Deciphering the Soliton-Halo Relation in Fuzzy Dark Matter
本文通过大量宇宙学模拟系统检验模糊暗物质中孤子与宿主晕的关系,证实热平衡和能量均分,提出改进的SHR,其1σ偏差小于30%,扩展了Schive等人(2014)理论适用性。
2025-07-17 astro-ph.CO astro-ph.GA
Narrowing the mass range of Fuzzy Dark Matter with Ultra-faint Dwarfs
模糊暗物质(FDM)是天体物理小尺度问题激发的一个有吸引力的暗物质候选者,在这些尺度上具有丰富的现象学。我们仔细检查FDM模型,更具体地说,FDM粒子的质量,通过银河系超暗矮(UFD)星系的动力学分析。我们使用18个UFD的样本对FDM粒子的质量进行迄今为止最强的约束,使用这里使用的样本的子集更新以前的边界。我们发现,大多数的样品UFD更喜欢FDM粒子质量比$10^{-21}\mathrm{eV}$重。特别地,Segue 1提供了最强的约束,具有$m_ψ=1.1^{+8.3}_{-0.7}\times10^{-19}\mathrm{eV}$。这里发现的约束是第一个与文献中发现的其他各种独立的宇宙学和天体物理学边界兼容的约束,特别是与使用莱曼- $α$森林的最新边界。我们还发现,在这项工作中获得的约束是不兼容的发光矮星系的边界,已经指出,在以前的工作中使用UFD。这可能表明,虽然是一个可行的暗物质模型,但FDM模型解决小尺度问题可能具有挑战性。
2021-04-07 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
The Importance of Quantum Pressure of Fuzzy Dark Matter on Lyman-Alpha Forest
根据最近来自BOSS和XQ-100的莱曼α森林数据,一些研究表明模糊暗物质(FDM)粒子的质量下限被提升到$10^{-21}\,\mathrm{eV}$。然而,这样的限制是由$Λ$ CDM模拟与FDM初始条件和量子压力(QP)没有考虑,这可能会产生非平凡的影响,在大尺度结构。我们系统地研究了宇宙学模拟中的QP效应,发现QP效应进一步抑制了小尺度下的物质功率谱,同时也抑制了低质量端的晕质量函数.我们估计了QP对Lyman-alpha森林一维通量功率谱的抑制作用,并与BOSS和XQ-100的数据进行了比较。讨论了通量功率谱模型计算中热气体性质的粗糙不确定性。我们的结论是,更系统的研究,特别是与QP考虑,是必要的,以限制FDM粒子质量使用莱曼α森林。
2018-08-12 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Cosmological production of ultralight dark matter axions
质量为$m_a\sim 10^{-22}\,\textrm{eV}$的标量场的高密度低能激发可以代表宇宙的全部暗物质含量,并缓解小尺度上标准宇宙学场景中的一些紧张局势。这种{ \it模糊暗物质}成分通常被认为是物质扇区中新的类轴子粒子的结果,但为了简单起见,它通常被建模为一个简单的自由二次场。在本文中,我们考虑如何修改宇宙学约束时,瞬子势和温度依赖的质量的影响。目前的等曲率和张量边界证实,这个粒子应该形成之前的低尺度膨胀期与哈勃参数$H_I\lesssim 2.5\times 10^{12}\,\textrm{GeV}$,根据以前的自由场分析结束。轴子衰变常数$f_a$是确定轴子耦合的重要参数,它出现在瞬子势中,决定着遗迹的丰度、星系核对轴子辐射的稳定性以及模糊暗物质的直接搜索。如果轴子质量是$T$独立的,我们发现,$f_a\gtrsim 10^{16}\,\text{GeV}$是必要的,以达到所观察到的遗物密度没有微调的初始条件,而对于一个$T$依赖的情况下,这个界限可以降低一个数量级。然而,瞬子势中的非谐性,主要是一个$T$依赖的质量,可以延迟场振荡的发生,导致更大的物理抑制尺度的物质功率谱为一个固定的零温度轴子质量。这可能有利于一个字符串或意外的轴子出现在一个强耦合规范部门,如果这个模型需要提供大的星系晕核心,同时满足观测约束宇宙结构的形成。
2017-02-07 astro-ph.CO gr-qc hep-ph