Dynamical evolution of fermion-boson stars
像中子星和白矮星这样的致密天体可能会吸积暗物质,然后成为探测暗物质存在的灵敏探针。这些含有暗物质成分的致密恒星可以用一个完美的流体来模拟,该流体与复杂的标量场(代表玻色子暗物质成分)最低限度地耦合,从而产生被称为费米子玻色子星的物体。我们对这些恒星进行了动力学演化,以分析它们的稳定性,并研究它们的简正模谱,这可能揭示系统中暗物质的数量。它们的稳定性分析显示了类似于孤立(费米子或玻色子)恒星的结构,平衡构型要么位于稳定分支,要么位于不稳定分支。简正模谱的分析表明,存在新的振荡模式的费米子部分的恒星,这是由于耦合到玻色子分量通过重力。
2015-11-01 astro-ph.CO gr-qc
Resonant Dark Forces and Small Scale Structure
暗力可以影响暗物质(DM)的宇宙学历史,既可以解释矮星系中观测到的核心,也可以通过湮灭暗力玻色子来确定DM遗迹密度。对于GeV-TeV的DM质量,DM自散射在矮星系晕表现出量子力学共振,类似于索末菲增强湮灭。我们表明,一个简单的模型DM与暗力可以容纳所有的天体物理界的自相互作用晕和解释所观察到的遗物密度,通过一个单一的耦合常数。
2012-10-02 astro-ph.CO hep-ph
Revisiting constraints on asymmetric dark matter from collapse in white dwarf stars
白矮星内部的小暗物质团的失控坍缩阶段包含一个可逆阶段,在这个阶段,热量可以在核物质和暗物质之间来回传递。诱导核燃烧阶段是稳定的,早期的碳耗尽破坏了先前Ia型超新星点火的说法。相反,迷你黑洞在恒星中心形成,它们要么蒸发要么吸积恒星物质,直到形成宏观的亚克拉塞卡质量的黑洞。在后一种情况下,在白矮星的潜在磁场喷出时,可以检测到持续0.1到1秒的电磁瞬态信号。双星系统转化为黑洞,随后合并,发射出引力波。先进的LIGO/Virgo每年应该能探测到一个这样的亚克拉塞卡双星黑洞,而未来类似爱因斯坦望远镜的设施每年将探测到数千个。有效的自旋参数分布的峰值为0.2,并允许未来的研究解开从原始的sub-Bracrasekhar黑洞。这样的签名与当前的直接检测约束,以及中子星的玻色子暗物质的情况下的约束是兼容的,即使他们仍然与费米子的情况下的参数空间的一部分冲突。
2022-04-23 astro-ph.CO gr-qc
Modeling Wave Dark Matter in Dwarf Spheroidal Galaxies
本文研究了一种称为波暗物质(也称为标量场暗物质和玻色子星)的暗物质模型,该模型最近也受到了Bray [arXiv:1212.5745]的新几何视角的启发。波暗物质将暗物质描述为满足Einstein-Klein-Gordon方程的标量场。这些方程依赖于一个基本常数Uppermum(也称为克莱因-戈登方程的“质量项”)。在这项工作中,我们比较波暗物质模型的观测,以获得一个工作值的Upperdance。具体来说,我们比较了波暗物质的球对称静态的质量分布的Burkert质量分布,已被Salucci等人。[arXiv:1111.1165]预测以及八个经典矮球状星系的速度色散分布。我们证明了波动暗物质模型中基本常数的合理工作值是Upperdance = 50 yr^{-1}。我们还表明,在精确的假设下,地球剧变的值可以在1000年^{-1}以上。
2013-01-02 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Fermi/LAT observations of Dwarf Galaxies highly constrain a Dark Matter Interpretation of Excess Positrons seen in AMS-02, HEAT, and PAMELA
结果表明,弱相互作用大质量暗物质粒子(WIMP)解释的正电子过剩观察到的各种实验,热,PAMELA,AMS-02,是高度限制费米/LAT观测矮星系。特别地,本文集中于最适合当前AMS-02数据的湮灭通道(Boudaud等人,2014年)。费米卫星已经对$γ$射线天空进行了观测,它对矮卫星的观测结果被用来对弱相互作用粒子在各种通道中的湮灭进行强有力的限制。对于单通道的情况,我们发现暗物质湮灭为{ $b\bar{b}$,$e^+e^-$,$μ^+μ^-$,$τ^+τ^-$,4- $e$,或4- $τ$ }作为AMS正电子过剩的解释被排除(这里$b$夸克是所有夸克,规范和希格斯玻色子的代理)。此外,我们发现费米/LAT 2 $σ$上限,假设最佳拟合AMS-02分支比,排除多通道组合成$b\bar{b}$和轻子。如果允许分支比偏离其最佳拟合值,则结果之间的张力可能会放松,尽管需要进行实质性的改变。在我们考虑的所有通道中,唯一能在费米/LAT约束下存活并与AMS-02数据良好拟合的可行通道是湮灭(通过介体)到4- $μ$,或者在多通道组合的情况下主要是湮灭到4- $μ$。
2015-02-10 astro-ph.CO hep-ph
Contrasting Galaxy Formation from Quantum Wave Dark Matter, $ψ$DM, with $Λ$CDM, using Planck and Hubble Data
$4 \lesssim z \lesssim 10$新建立的高z星系光度函数可以为解释矮星系核心性质的暗物质模型提供严格的检验。矮球状星系的核心被认为是太大了,以至于不能用温暖的暗物质的自由流动来解释,而不会过度抑制这种星系的形成。在这里,我们证明了宇宙学模拟波暗物质,$ψ$ DM,适合于轻玻色子,如轴子,不遭受这个问题,给出一个玻色子质量$m_ψ \ge 1.2 \times 10^{-22}{\,\rm eV}$($2σ$)。在这种情况下,Halo质量函数被抑制在$\sim 10^{10}{\,M_\odot}$以下的水平,这是一致的高Z光度函数,而同时产生的矮星系中产生的孤子基态$ψ$ DM的kpc尺度的核心。我们证明,在这种情况下的再电离的历史是一致的汤姆逊光学深度最近报告的普朗克,假设一个合理的电离光子产生率。我们预测在$z \gtrsim 4$,光度函数应该在$M_{\rm UV} \gtrsim -16$的固有UV光度附近缓慢翻转。我们还表明,在哈勃前沿领域的星系放大$\mathord{>}10\times$,$ψ$ DM预测的数量级比冷暗物质在$z \gtrsim 10$到$M_{\rm UV} \sim -15$少检测,使我们能够区分这些非常不同的解释所观察到的冷暗物质。
2016-01-19 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark matter ignition of type Ia supernovae
最近对低红移Ia型超新星(SNIa)的研究表明,一半的超新星爆炸来自于质量小于克拉塞卡的白矮星,这意味着点火必须来自于克拉塞卡质量SNIa祖先的经典临界性之外的东西。我们发现,$1-100$ PeV质量不对称的暗物质,与迫在眉睫的可检测的核子散射相互作用,可以积累到自引力点在白矮星和崩溃,脱落的引力势能通过散射核,从而加热白矮星和点燃的火焰前SNIA。我们结合数据SNIA质量与数据的年龄SNIA相邻的恒星。这一组合揭示了SNIa质量和点火年龄之间的$2.8 σ$负相关,这可能是由于1.4与1.1太阳质量的白矮星中暗物质捕获量增加所致。未来对银河系中心SNIa的研究将提供暗物质诱导的Ia型点火的额外测试。值得注意的是,玻色子和费米子SNIA点燃的暗物质也通过在银河系中心的$\gtrsim 10$ Myr老恒星中形成黑洞来解决脉冲星失踪的问题。
2015-09-25 astro-ph.CO astro-ph.HE astro-ph.SR
Strong Constraints on Fuzzy Dark Matter from Ultrafaint Dwarf Galaxy Eridanus II
模糊暗物质(FDM)模型将暗物质视为具有天体物理学大德布罗意波长的玻色子场。这个模型的一个显著特征是暗物质密度在时间尺度上的$\mathcal{O}(1)$波动,其时间尺度比引力时间尺度短。包括第一次的核心振荡的影响,我们演示了这种波动如何导致加热的星团,从而随着时间的推移,它们的大小增加。从生存的老星团在波江座II,我们推断$m_a\gtrsim 0.6\rightarrow 1\times 10^{-19}\text{ eV}$内建模的不确定性,如果FDM是组成所有的DM,并推导出限制FDM分数在较低的质量。银河系中的次晕质量函数意味着$m_a\gtrsim 0.8\times 10^{-21}\text{ eV}$成功地形成了波江座II。$10^{-21}\text{ eV}\lesssim m_a\lesssim 10^{-20}\text{ eV}$之间的窗口受窄带共振和扩散近似的有限适用性的影响。这个窗口的一些可能与波江座II的观测结果一致,需要更详细的调查。
2019-07-30 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Gamma-ray constraints on dark-matter annihilation to electroweak gauge and Higgs bosons
暗物质湮灭成为电弱规范和希格斯玻色子导致$γ$射线发射。我们使用观测上限线和连续$γ$ -射线从银河系银河系中心和银河系矮伴星系的通量设置排除限制允许的暗物质质量。(一般来说,银河系中心$γ$ -射线线搜索限制在费米-LAT和H.E.S.S.实验是最严格的)。我们的限制适用于以下假设:a)暗物质是一种冷的热遗迹,目前的质量密度等于宇宙中测量到的暗物质密度; b)暗物质湮灭到标准模型粒子在非相对论极限下由单个有效算符${\cal O} \propto J_{DM}\cdot J_{SM}$描述,其中$J_{DM}$是由暗物质场组成的标准模型单线态电流$J_{SM}$是由电弱规范和希格斯玻色子玻色子组成的标准模型单态电流;以及c)暗物质质量在5GeV至20 TeV的范围内。我们认为,反过来,34个可能的运营商与质量维8或更低的非零s波湮灭通道满足上述假设。我们的极限以大量的图形表示,34个可能的算子中的每一个都有一个;这些极限可以分为13类,由算子的字段内容和结构决定。我们还确定了三类运营商(耦合到希格斯玻色子和$SU(2)_L$规范玻色子),可以提供一个130 GeV的线与所需的强度,以适应费米数据中假定的线信号,同时饱和的遗物密度,并满足所有其他间接的约束条件,我们认为。
2013-10-22 astro-ph.CO hep-ph
Dwarf galaxies imply dark matter is heavier than $\mathbf{2.2 \times 10^{-21}} \, \mathbf{eV}$
利用矮星系Leo II的恒星运动学数据自洽重建暗物质波函数,通过统计比较得出暗物质质量下限为$2.2\times10^{-21}$ eV(置信度>95%),且不依赖宇宙学或微观物理假设。
2025-03-04 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Cosmic Structure as the Quantum Interference of a Coherent Dark Wave
传统的冷粒子解释暗物质(CDM)仍然缺乏实验室的支持,并与普通矮星系的基本性质作斗争,这些矮星系具有令人惊讶的均匀中心质量和浅密度分布。相比之下,CDM预测的星系延伸到更低的质量,更陡峭,奇异的配置文件。这种张力激发了由非相对论性的玻色-爱因斯坦凝聚体组成的冷的、波动状的暗物质($ψ$ DM),因此不确定原理在金斯尺度下对抗引力。在这里,我们实现了前所未有的高分辨率能够解决矮星系,只有一个自由参数,$\bf{m_B}$,玻色子质量的量子态的第一个宇宙学模拟。我们证明了这种$ψ$ DM模拟的大尺度结构与CDM无法区分,正如所期望的那样,但在星系内部有根本不同。连接的细丝和坍缩的晕形成了一个大的干涉网络,每个星系内部都有引力自约束的孤子核心,周围是由波动密度颗粒组成的扩展晕。这些结果使我们能够确定$\bf{m_B=(8.1^{+1.6}_{-1.7})\times 10^{-23}~eV}$使用恒星的相空间分布在矮球状星系。密度更大,更大质量的孤子预测银河系大小的星系,提供了一个实质性的种子,以帮助解释早期球状体的形成。小结构的抑制意味着$ψ$ DM星系形成的开始相对于CDM大大延迟,在我们的模拟中出现在$\bf{z\lesssim 13}$。
2014-06-25 astro-ph.CO astro-ph.GA
A Soliton Solution for the Central Dark Masses in 47- Tuc Globular Cluster and Implications for the Axiverse
我们对球状星团47-Tuccino中心恒星的上升自行提供了驻波解释,这些恒星的上升自行相当于总质量的$\simeq 0.44\%$。我们表明,这可以解释为暗物质的光玻色子组成的孤子核心,$ m \geq 10^{-18} eV $,对应于$ \leq 0.27 pc$,作为一个替代方案,一个单一的黑洞(BH)或最近提出的恒星BH残余物的浓度。这一点特别重要,因为在没有重核的情况下,拥有一个具有上述半径的浓缩恒星BH残留物是非常具有挑战性的,因为三个天体的相遇会阻止BH如此浓缩。我们认为这个核心是由这个球状星团在围绕我们银河系的暗晕运行时被深引力势捕获的暗物质发展而来的。这个玻色子可能是第二个轻轴子的证据,除了$10^{-22} eV$的较轻玻色子之外,矮球状星系的大暗核暗示了占主导地位的暗物质。两个这样的轻玻色子质量标度的识别有利于广义弦论预测的一个广泛的,离散的质量谱的轴子标量场。
2020-02-24 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Mixed Wino-Axion Dark Matter in String/M Theory and the 130 GeV Gamma-line "Signal"
具有低能超对称性的弦/M理论紧化倾向于预测暗物质有两个组成部分:轴子和WIMP \cite{1004.5138,1204.2795}。在符合这一点,我们表明,暂定130 GeV的伽玛线信号报告\cite{1204.2797}可以解释为所产生的湮灭145 GeV的质量,Wino类WIMP到Z玻色子和光子。在这种情况下,信号意味着暗物质的第二个组成部分,我们解释为由轴子组成-相对Wino/Axion丰度近似相等。进一步的预测是隐含的:在这两个扩散和单色光子从矮球状星系的信号;单色光子能量为145 GeV;对于大型强子对撞机,希格斯玻色子的质量已经预测在这个框架\cite{1112.1059},和目前的希格斯极限提供有趣的约束质量的Gluino。
2012-05-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Scalar Field Dark Matter: Impact of Supernovae-driven blowouts on the soliton structure of low mass dark matter halos
本研究模拟超新星反馈导致的气体快速喷发对孤立孤子及 $10^{10}\mathrm{M_\odot}$ SFDM 矮晕的影响,发现单次喷发削弱中心密度更强,并使密度产生准周期或随机振荡;推断玻色子质量偏差通常小于20%,且与本星系群场矮星系观测质量吻合。
2023-08-28 astro-ph.CO astro-ph.GA
Sterile neutrino portal to Dark Matter I: The $U(1)_{B-L}$ case
在本文中,我们探讨了宇宙中的不育中微子和暗物质部门有一个共同起源的可能性。我们研究了这种假设的后果,在简单的情况下,耦合的黑暗部门的标准模型通过一个全球性的$U(1)_{B-L}$,打破了自发的暗标量。这个暗标量为暗费米子提供质量,并通过希格斯门耦合与希格斯进行通信。我们发现了一个有趣的相互作用之间的暗物质湮灭暗标量-CP-甚至混合与希格斯粒子和CP-奇数,成为戈德斯通玻色子,马约伦-和重中微子,以及碰撞探测器通过耦合到希格斯粒子。此外,暗物质湮灭成为无菌中微子及其随后的衰变以测量玻色子和夸克,带电轻子或中微子导致间接检测签名,其接近银河系中心和矮星系的伽马射线通量的当前界限。
2017-03-02 astro-ph.CO hep-ph
Multi-frequency search for Dark Matter: the role of HESS, CTA, and SKA
暗物质(DM)在我们目前对宇宙的理解中仍然是一个至关重要但难以捉摸的组成部分。因此,许多实验研究致力于揭示其性质。然而,现有的直接探测方法,以及著名的费米大面积望远镜(Fermi-LAT)的$γ$ -射线搜索,对质量低于1 TeV的DM粒子最敏感,对重轻子湮灭产生的硬谱不太敏感。高能立体系统(HESS)在改进费米-LAT寻找更高质量DM粒子方面取得了一些成功,特别是通过重轻子态湮灭。然而,最近发现的高J因子矮球状星系的暗能量调查(DES)开辟了可能性,投资更多的HESS观测时间在寻找DM $γ$ -射线签名的矮星系。这项工作探讨了HESS使用这些新目标扩展其当前限制的潜力,以及未来切伦科夫望远镜阵列(CTA)的限制。这些限制进一步比较,我们在低射频平方公里阵列(SKA)。最后,我们探讨了HESS,CTA和费米-LAT对“马达拉”玻色子的现象学的影响,该玻色子是基于大型强子对撞机(LHC)运行1的数据中的异常而假设的。这些来自不同频带的限制的力量暗示了一种利用现有和即将到来的南部非洲望远镜的高效多频DM狩猎策略。
2017-05-11 astro-ph.CO
An attractive model: simulating fuzzy dark matter with attractive self-interactions
本文通过数值模拟研究具有吸引自相互作用的模糊暗物质晕,发现自相互作用强度影响孤子密度剖面和质量,并提出推广公式及孤子坍缩的临界质量阈值。
2024-02-26 astro-ph.CO astro-ph.GA
Catching p via s wave with indirect detection
对于许多暗物质模型,由于主要的湮灭通道是速度或螺旋度被抑制的,因此目前的实验很难探测到两体末态的湮灭截面。对三体末态引入规范玻色子辐射可以解除螺旋性抑制,允许速度无关的截面主导湮灭过程,并提供了一种约束这些模型的途径。在这里,我们研究的实验约束的暗物质,湮灭到两个轻子加上韧致辐射玻色子,$\bar{\ell}+\ell+γ/W/Z$。我们认为实验限制光子的最终状态从费米-LAT使用扩散光子数据和矮球状星系的数据,并比较从21厘米的测量隐含的约束。扩散光子线搜索一般是最强的整个质量制度。我们特别强调的模型中,暗物质湮灭到两个中微子和一个光子,并表明,这些模型更强烈的约束,通过光子测量比通过现有的中微子边界。
2019-01-05 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Fuzzy dark matter dynamical friction: stalling of globular clusters induced by dynamical heatings
Observatoire de Paris, Université PSL, Sorbonne Université, Université Paris Cité, CY Cergy Paris Université, CNRS(巴黎天文台,巴黎文理研究大学,索邦大学,巴黎西岱大学,塞吉-蓬图瓦兹大学,法国国家科学研究中心);David A. Dunlap Department of Astronomy and Astrophysics, University of Toronto(多伦多大学戴维·A·邓普尔天文学与天体物理学系)
本文提出模糊暗物质动力学摩擦的新实现,研究了暗物质颗粒加热对球状星团轨道衰减和长期生存的影响,揭示了模糊暗物质在矮星系中独特的动力学特征。
2026-04-07 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dark matter monopoles, vectors and photons
在一个隐蔽的黑暗部门,这是耦合到标准模型通过希格斯门相互作用,我们安排的存在't Hooft-Polyakov磁单极子和研究它们的宇宙学的影响。我们指出,一个能容纳稳定单极子的暗扇区也将包含无质量的暗光子γ '和带电的大质量矢量玻色子W'。在这种情况下,暗物质将是在暗扇区的不间断U(1)子群下的磁性和带电物质的组合。我们估计的宇宙学生产率的单极子和反单极湮灭的速度,并得出结论,质量为几百TeV或更大的单极子,可以产生相当大的贡献所观察到的暗物质遗迹密度。我们扫描了参数空间,并计算了单极子和矢量玻色子的残余密度。转向暗光子辐射,我们计算它们对测量的相对论粒子密度Neff的贡献,并且还将来自子弹星系团和其他大尺度星系的观测约束应用于由单极子和暗矢量玻色子组成的自相互作用暗物质组分的长程相互作用。在矮星系相关的尺度上,我们确定了参数空间上的区域,自相互作用的暗物质和矢量暗物质组件可以帮助解决核心尖点和太大而不能失败的问题。
2016-02-18 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Can bosenovae deplete the galactic dark matter?
Universitat de les Illes Balears(巴利阿里群岛大学);Stockholm University(斯德哥尔摩大学)
本研究针对暗物质由带吸引自相互作用的超轻玻色子构成的情况,计算恒星引力原子、中心黑洞及星系晕中玻色星等形成的玻色新星的质量抛射量,发现其对银河系及其他星系暗物质的耗尽作用可忽略。
2026-10-15 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational lensing by wave dark matter halos
波暗物质(WaveDM)最近作为解释宇宙中暗物质含量的可行候选者而受到关注。在本文中,我们探讨在何种程度上暗物质晕在这个模型中,在什么条件下,能够重现强透镜系统。首先,我们分析探讨透镜的模型-发现一个纯粹的WaveDM密度分布,孤立子的配置文件,产生较弱的透镜效应比其他类似的核心配置文件。然后,我们分析模型与孤立子嵌入在NFW的配置文件,已经发现在数值模拟的结构形成。我们使用一个基准模型与玻色子质量的$m_a=10^{-22}{\rm eV}$,我们看到,有一个双模态的贡献的外部NFW部分的配置文件,实际上,一些自由参数与它没有很好的约束。我们发现,配置与玻色子质量$10^{-23}$ - $10^{-22}{\rm eV}$,矮星系运动学的首选质量范围内,孤立子配置文件单独可以适合的数据,但它的大小是不兼容的透镜星系的发光程度。同样地,$10^{-21}{\rm eV}$量级的玻色子质量与莱曼- $α$约束一致,并且由更紧凑的孤子组态组成,为了再现观测到的爱因斯坦半径,它必然需要NFW部分。然后,我们得出结论,透镜系统施加一个保守的下限$m_a > 10^{-24}$和孤子周围的NFW包络必须存在,以满足观测要求。
2019-02-06 astro-ph.CO gr-qc
Pseudo-Goldstone dark matter confronts cosmic ray and collider anomalies
来自银河系中心的伽马射线和宇宙射线反质子的光谱持续过量可以用质量为$50\sim 65$ \的暗物质(GeV)湮灭为$b$夸克来解释,但这通常很难与直接探测的限制相一致。我们使用一类简单的模型来解决这种紧张关系,其中暗物质是伪南部-戈德斯通玻色子,与原子核具有自然动量抑制耦合。探索模型的参数空间,我们发现,它可以解释宇宙线异常,同时保持兼容的约束条件,从遗迹丰度和湮灭矮球状星系。在参数空间的某些区域,希格斯-暗物质耦合可以帮助稳定希格斯势,直到普朗克尺度。暗物质的标量伙伴是一个额外的希格斯玻色子,这可以解释CMS观察到的试探性双光子过剩,以及LEP的$b\bar b$信号过剩,如果它的质量是$\sim 96$ \,GeV,并且模型扩展到包括重标量夸克。这个扩展的模型预测单色伽马射线线64 GeV附近,在接近目前的实验灵敏度的水平,从星系中的暗物质湮灭。
2019-08-27 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Exploring the Potential of the Dark Matter Candidate from the Madala Hypothesis with Multi-frequency Indirect Detection
马达拉假说是由Wits-ATLAS小组的成员提出的,用来解释LHC的ATLAS和CMS数据中的几个异常。这一假设通过增加两个标量玻色子和一个可以提供暗物质候选者的隐藏扇区来扩展标准模型。这个隐藏的扇区与标准模型的相互作用仅仅通过这些标量S之一的中介。在目前的对撞机数据中,S的耦合不适合调查,因此被假设为希格斯粒子,以减少模型的参数空间。我们之前的工作(Beck & Colafrancesco 2016)已经表明,这些耦合可以通过伽马射线中的间接暗物质探测实验(用于共振湮灭到S)来限制。在这里,我们将处理暗物质和S质量独立,我们概括了我们以前的工作,并检查什么比例的宇宙学暗物质丰度可以解释的粒子在隐藏部门的马达拉假设暗物质时,这些湮灭的标准模型产品通过希格斯类S。我们还将扩展我们的伽马射线分析马达拉假设暗物质,包括从后发星系团的扩散无线电数据的限制,除了费米-LAT伽马射线数据从这个目标和网囊II矮星系。我们的分析表明,要么马达拉假说不能提供宇宙学上的大部分暗物质,要么S玻色子不能简单地像希格斯玻色子。除非候选粒子的质量超过200 GeV,否则这些都适用。这两种情况都可能降低假设的吸引力,因为第二种情况意味着必须添加许多自由参数来描述S,大大削弱了模型的拟合。为了研究这一进一步工作的全部结果,将需要使用更大的天体物理数据集来强烈约束S的细节。
2017-07-25 astro-ph.CO
Thermalization, Fragmentation and Tidal Disruption: The Complex Galactic Dynamics of Dark Matter Superfluidity
本文研究自相互作用玻色子暗物质的超流体模型,发现暗物质晕热化凝聚后碎裂为超流体团块,但除中心孤子外均遭潮汐瓦解,从而解释了矮星系旋转曲线的多样性。
2022-12-20 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Probing the dynamics of extreme galaxies I. Dark matter content in ultra-diffuse galaxies
Scuola Superiore Meridionale(南方高等学院);Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sez. di Napoli(意大利国家核物理研究所那不勒斯分部);Institute of Physics, University of Szczecin(谢扎青大学物理研究所);Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Università degli Studi di Napoli “Federico II”(那不勒斯费德里科二世大学E.潘奇尼物理系);Dipartimento di Fisica e Astronomia “G. Galilei”, Università di Padova(帕多瓦大学G.伽利略物理与天文系)
本研究利用积分场恒星运动学首次约束旋转支持超扩散星系UDG-1和LSB-6的暗物质分布,测试多种暗物质模型,发现两者暗物质含量与典型矮星系相当,支持膨胀矮星系起源。
2026-11-05 astro-ph.CO astro-ph.GA
Dissipative dark matter explains rotation curves
耗散暗物质,其中暗物质粒子与无质量(或非常轻)玻色子相互作用,进行了研究。这样的暗物质可以出现在简单的隐藏扇形规范模型中,包括那些具有完整的$U(1)'$规范对称性的模型,从而导致暗光子。先前的工作表明,这种模型不仅可以解释LSS和CMB,而且还可能解释小尺度上的暗物质现象,例如推断的暗物质晕的核心结构。在这张图片中,盘星系的暗物质晕不仅通过耗散相互作用冷却,而且还通过普通超新星加热(由假设的光子-暗光子动力学混合相互作用促进)。这种暗物质晕和普通重子之间的相互作用是这类模型的一个非常特殊的特征,在控制暗物质晕的物理性质方面起着关键作用。在这里,我们进一步研究这种类型的耗散暗物质盘星系的影响。在早期工作的基础上,我们开发了一个简单的形式主义,旨在描述耗散暗物质的影响,在一个相当独立的模型。这种形式主义,然后适用于一般的磁盘星系。我们还考虑了一些具体的例子,包括NGC 1560和来自LITTLE THINGS巡天的矮星系样本。我们发现,耗散暗物质,在这里开发的,做了一个相当好的工作占考虑的星系的旋转曲线。耗散暗物质不仅可以解释矮星系在小半径处旋转速度的线性上升,而且还可以解释观测到的旋转曲线的摆动,这些摆动与盘状气体分布中的相应特征相关。
2015-06-02 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Galaxy formation with wave/fuzzy dark matter: The core-halo structure and the solitonic imprint
本文通过比较CDM、WDM与$ψ$DM宇宙学流体动力学模拟,发现$ψ$DM中孤子导致暗物质、气体和恒星均出现尺度与玻色子质量相符的核-晕结构及不对称印记。
2025-10-21 astro-ph.CO
Hidden Higgs Portal Vector Dark Matter for the Galactic Center Gamma-Ray Excess from the Two-Step Cascade Annihilation, and Muon g-2
我们已经建立了一个轻子特有的次小双希格斯门矢量暗物质模型。隐藏扇区中的矢量暗物质并不直接耦合到可见扇区,而是湮灭成隐藏的希格斯玻色子玻色子,后者通过一个小的耦合衰变成CP奇希格斯玻色子玻色子。在这个模型中,银河系中心的γ射线过剩主要是由于在末态中$τ$的两步级联湮灭。在不违反轻子普适性和$τ$衰变严格约束的情况下,用银河系中心过剩拟合得到的CP奇希格斯粒子$A$的质量可以在2 $σ$水平上解释μ子$g-2$异常.我们展示了三种不同的冻结出类型的暗物质遗迹,被称为(i)传统的WIMP暗物质,(ii)非传统的WIMP暗物质和(iii)吃共衰变的暗物质,这取决于隐藏的希格斯粒子和可见的两个希格斯粒子之间的混合角的大小。隐藏扇区中的暗物质在直接搜索或对撞机中被隔离而不被检测到,而暗物质湮灭信号在一般的隐藏扇区暗物质模型中不被抑制。我们讨论了矮球状星系观测的约束条件和Fermi-LAT投影灵敏度。
2018-08-22 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
Dark Matter as a Non-Relativistic Bose-Einstein Condensate with Massive Gravitons
我们面对一个非相对论玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC)模型的轻玻色子引力相互作用,无论是通过牛顿或汤川势与观测到的旋转曲线的$12$矮星系。重子分量被模拟为一个轴对称指数盘,其特征来自星系的表面光度轮廓。纯粹的重子拟合是不令人满意的,因此暗物质的成分是明确需要的。用BEC模型可以很好地解释这5个星系的自转曲线。对于这些星系,我们得到:(i)允许的引力子质量的上限;和(ii)的限制速度型和密度型的量表征的BEC,都表示在BEC粒子的质量,散射长度和化学势。引力子质量的上限是$10^{-26}$ $\text{eV/c}^2$的数量级,比最近引力波探测得出的极限强三个数量级。
2019-05-10 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc
Axion dark matter in the post-inflationary Peccei-Quinn symmetry breaking scenario
我们考虑标准模型的扩展,其中自发破缺的全球手征Peccei-Quinn(PQ)对称性作为精确$Z_N$对称性的偶然对称性而产生。对于$N = 9$或$10$来说,这种对称性可以保护accion --由偶然的PQ对称性自发破缺而产生的Nambu-Goldstone玻色子--免受半经典引力效应的影响,从而抑制了对有效势的引力修正,同时它可以提供小的显式对称破缺项,这是建立具有畴壁数$N_{\rm DW}>1$的模型所必需的,例如流行的Dine-Fischler-Srednicki-Zhitnitsky(DFSZ)模型($N_{\rm DW}=6$),即使在膨胀后发生自发PQ对称性破缺的情况下也是宇宙学上可行的。我们发现,$N=10$ DFSZ事件与质量$m_A \approx 3.5$ - $4.2\,\mathrm{meV}$可以解释冷暗物质,同时解释白矮星的异常冷却的暗示。拟议中的日光镜国际轴子天文台-对质量超过几毫电子伏的太阳DFSZ事件敏感-将决定性地测试这种情况。
2016-04-26 astro-ph.CO hep-ph
Dark Forces in the Sky: Signals from Z' and the Dark Higgs
我们考虑一个自洽的隐藏$U(1)$模型的间接检测信号,该模型包含一个Majorana暗物质候选者$χ$,一个暗规范玻色子$Z'$和一个暗希格斯粒子$s$。与仅包含暗物质候选者和$Z'$介体的模型相比,标量的添加为暗扇区粒子提供了质量生成机制,并且为了避免在高能量下的么正性破坏而需要。我们发现,包括两个介质开辟了一个新的两体s波湮灭通道,$χ\overlineχ\rightarrow sZ'$。这个新的过程,这是错过了在通常的单介质简化模型的方法,可以是占主导地位的湮灭通道。这为间接检测搜索提供了丰富的现象学,允许间接搜索探索其他通常认为的s波湮灭过程不可访问的参数空间区域,并使$Z'$和标量耦合都能够被探测。我们研究的现象学的部门,专注于这个新的过程,并确定的限制模型参数空间的费米数据矮球状星系和其他相关的实验。
2016-07-01 astro-ph.CO hep-ph
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
Fits to the Fermi-LAT GeV excess with RH sneutrino dark matter: implications for direct and indirect dark matter searches and the LHC
我们表明,右手(RH)sneutrino在NMSSM可以解释所观察到的过剩的费米-LAT光谱的伽马射线从银河系中心,同时满足所有目前的实验约束从大型强子对撞机以及从直接和间接的暗物质搜索。我们探索了这种情况下的参数空间,计算了每个唯象可行解的伽马射线谱,然后对多余的部分进行了卡方拟合。与以往的研究模型独立的解释的基础上,我们已经考虑到了完整的湮没谱,而不假设纯湮没通道。此外,我们还纳入了直接探测实验的限制,大型强子对撞机的界限,也从费米-LAT矮球状星系(dSphs)和伽马射线谱线的约束。此外,我们还估计了最新Fermi-LAT再处理数据的影响(第8遍)。在一般情况下,我们获得良好的拟合GCE时,RH sneutrino湮灭主要成成对的轻单态类标量或赝标量希格斯玻色子玻色子,随后在飞行中衰变,产生四体最终状态和光谱特征,提高了拟合的好大的能量。最佳拟合值(chi ^2 =20.8)对应于一个质量为64 GeV的RH超中微子,它优先湮灭为一对轻的类单态赝标希格斯玻色子玻色子(质量约为60 GeV)。此外,我们还分析了其他渠道,也提供了很好的适合过剩。最后,我们讨论了直接和间接检测搜索的影响,特别注意在不久的将来费米-LAT分析中可能出现的伽马射线光谱特征,以及在大型强子对撞机的SM-希格斯属性的偏差。值得注意的是,许多适合GCE的场景也可以通过这些其他补充技术进行探测。
2015-07-31 astro-ph.CO hep-ph
General Kinetic Mixing in Gauged $U(1)_{L_μ-L_τ}$ Model for Muon $g-2$ and Dark Matter
标准模型的规范$U(1)_{L_μ-L_τ}$扩展是一个非常简单的框架,可以缓解μ子反常磁偶极矩的张力,最近的费米实验室测量加强。我们探索实验探针的$(g-2)_μ$目标与一般治疗之间的动力学混合的$Z'$规范玻色子和光子。动力学混合的物理量取决于模型的自由参数和过程的能量尺度。我们发现中微子约束的$(g-2)_μ$目标,包括Borexino,CE $ν$ NS,和白矮星是敏感的这种自由度,可以解除,如果动力学混合位于接近零在低动量转移。作为进一步的步骤,我们探索$L_μ-L_τ$带电暗物质的热起源,并表明相同的情况下,动力学混合可以放松现有的直接检测约束,并预测新的反冲能量依赖在即将到来的搜索。未来中微子和暗物质实验的联合努力以及精确的光谱测量将是检验这一理论的关键。
2021-08-27 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Moduli dark matter and the search for its decay line using Suzaku X-ray telescope
被称为模的轻标量场产生于各种不同的模型,包括超对称性和/或弦论;因此它们的存在是标准模型之外的主流物理学理论的一般预测。它们也为宇宙学提出了一个艰巨的、长期存在的问题。我们认为,一个人择解决方案的模量问题存在的情况下,小的模量质量,它会自动导致暗物质的形式的模量。最近发现的125 GeV的希格斯玻色子玻色子意味着模质量的下限约为1 keV。这种形式的暗物质与观测到的结构形成的性质是一致的,并且它可以在X射线望远镜的帮助下被探测到。我们提出了这样的暗物质粒子的搜索结果,使用从第一次深X射线观测的天龙座和小熊座矮球状星系,这是暗物质占主导地位的系统,具有极端的质光比和低的内在背景提取的光谱。没有发射线被探测到,我们对相关的新物理学设置了新的限制。
2013-05-03 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Dynamical Friction in a Fuzzy Dark Matter Universe
我们提出了一个深入的探索宇宙中的动力学摩擦的现象,其中的暗物质是完全由所谓的模糊暗物质(FDM),超轻玻色子的质量$m\sim\mathcal{O}(10^{-22})\,$ eV。我们回顾了经典的处理动态摩擦提出的分析结果的情况下,FDM的点质量,扩展的质量分布,有限的速度色散和FDM背景。然后,我们将这些结果与一系列完全非线性模拟进行测试,从而使我们能够评估分析结果的适用性。我们将这些结果应用于各种感兴趣的天体物理问题,包括银河系暗物质背景中的坠落卫星,并确定\emph{(1)} ~对于FDM质量$m\gtrsim 10^{-21}\, {\rm eV}\, c^{-2}$,天炉座矮球状星团的计时问题不再解决,\emph{(2)} ~对于总质量为$M$、相对速度为$v_{\rm rel}$的卫星来说,有限差分法对动力摩擦过程的影响,需要详细地说明$\left(M/10^9~M_{\odot}\right) \left(m/10^{-22}~{\rm eV}\right)\left(100~{\rm km}~{\rm s}^{-1}/v_{\rm rel}\right) \sim 1$的数值模拟,由于瞬态波结构的时间依赖性,这些参数超出了任何当前开发的分析理论的有效适用范围。
2019-11-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Multi-frequency probes of 2HDM+S dark matter
本研究利用费米-拉特伽马射线数据和MeerKAT望远镜灵敏度,探测半人马座欧米茄星团对2HDM+S暗物质模型中弱相互作用大质量粒子的间接约束潜力。
2023-06-19 astro-ph.CO hep-ph
Halo Abundance and Assembly History with Extreme-Axion Wave Dark Matter at $z\ge 4$
波暗物质($ψ\rm{DM}$)由极轻玻色子($m_ψ \sim 10^{-22}\,\rm eV$)组成,具有低于kpc尺度德布罗意波长的量子压力抑制结构,已成为可行的暗物质候选者。与传统的自由粒子$ψ{\rm DM}$(${\rm FP} ψ{\rm DM}$)相比,Zhang & Chiueh(2017)提出的极端轴子$ψ\rm{DM}$模型(${\rm EA} ψ{\rm DM}$)具有更大的截止波数和物质传递函数的宽谱凸点。在这里,我们进行宇宙学模拟,比较三种不同的情况下:${\rm FP} ψ{\rm DM}$,${\rm EA} ψ{\rm DM}$和冷暗物质(CDM)之间的$z=4-11$的晕丰度和组装历史。我们发现,${\rm EA} ψ{\rm DM}$产生更丰富的低质量晕比${\rm FP} ψ{\rm DM}$具有相同的$m_ψ$,因此可以减轻在$m_ψ$所需的Ly $α$森林数据和kpc尺度的矮星系核心的紧张局势。我们还发现,与CDM对应物相比,大规模的${\rm EA} ψ{\rm DM}$晕平均$3-4$倍更大的$z=10-11$由于其早期形成,经历了一个缓慢的质量吸积在$7 \lesssim z \lesssim 11$,然后显示出一个快速上升的主要合并率超过CDM的$\sim 50\%$在$4 \lesssim z \lesssim 7$。这一事实…
2017-09-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
JWST evidence for a sharp "Cosmic Daybreak" at z = 15
Donostia International Physics Center, DIPC(多诺西亚国际物理中心);Ikerbasque, Basque Foundation for Science(伊克尔巴斯基,巴斯克科学基金会);Department of Theoretical Physics, University of the Basque Country UPV/EHU(巴斯克自治大学理论物理系);Department of Physics, National Taiwan University(台湾大学物理系);National Center for Theoretical Sciences, National Taiwan University(台湾大学国家理论科学中心);Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA)(中央研究院天文及天文物理研究所);Department of Physics, The University of Hong Kong(香港大学物理系);The Hong Kong Institute for Astronomy and Astrophysics, The University of Hong Kong(香港大学香港天文及天文物理研究所);Instituto de Física de Cantabria (CSIC-UC)(坎塔布里亚物理研究所);Centro de Astrobiología (CAB), CSIC-INTA(天体生物学中心);School of Earth and Space Exploration, Arizona State University(亚利桑那州立大学地球与太空探索学院)
JWST 观测发现高红移星系在 z=15 处恒星年龄突变为零,支持波暗物质模型,挑战标准宇宙学,预示“宇宙破晓”的尖锐转变。
2026-09-29 astro-ph.CO astro-ph.GA
Scalar field dark matter in clusters of galaxies
冷暗物质(CDM)范式的一个替代方案是标量场暗物质(SFDM)模型,该模型假设暗物质是具有典型质量$m\sim10^{-22}\mathrm{eV}/c^2$和正自相互作用的自旋0超轻标量场(SF)。由于超轻玻色子的质量,SFDM可以在非常早期的宇宙中形成玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC),这被解释为暗物质晕。虽然在宇宙学上,该模型的行为与CDM相似,但它们在小尺度上有所不同:SFDM自然地预测了更少的卫星晕,矮星系的核心和高红移的大质量星系的形成。零温度下的基态(或BEC)解足以描述低质量星系,但不能描述更大的系统。一个可能的解决方案是增加有限温度修正的SF势,它允许组合的激发态。在这项工作中,我们测试有限温度多态SFDM解决方案在星系团尺度和比较我们的结果与Navarro-Frenk-White(NFW)和BEC配置文件。我们通过拟合13个\textit{Chandra} X射线星系团的质量分布来实现这一点,不包括最亮的星系团。我们发现,SFDM模型准确地描述了集群的DM质量分布提供了一个等价的或更好的协议比NFW配置文件。BEC模型与数据的完全不一致也显示。我们的结论是,理论上动机的多态SFDM配置文件是一个有趣的替代经验配置文件和特设拟合函数,试图耦合渐近NFW下降与内核SFDM。
2017-04-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Strongly-Interacting Ultralight Millicharged Particles
我们考虑的超轻费米暗物质候选人携带重子数的影响。如果暗物质在标准模型重子数下具有小电荷,同时具有与可见宇宙中的不对称性相等且相反的不对称性,那么这自然会出现。一个原型模型是一个非阿贝尔规范群的暗重子理论,即,暗量子色动学(QCD)。对于亚电子伏特的暗重子质量,暗物质晕的内部区域自然处于“核密度”,允许形成奇异的物质状态,类似于中子星。费米子暗物质质量的Tüsse-Gunn下限,即,暗重子,被强烈的短程自相互作用,通过发射亮暗π介子冷却,以及发生在相对于(超低)暗QCD标度高的密度下的暗夸克的库珀配对所破坏。我们利用稠密夸克物质的状态方程发展了这些强相互作用的超轻毫荷粒子(STUMPs)的天体物理学,并发现了与矮星系观测一致的晕核。这些核被“中子星”的压力阻止了核的坍缩,这表明超亮暗QCD可以解决无碰撞冷暗物质的核尖点问题。该模型通过直接探测和对撞机签名,以及与超导相关的现象,如Andreev反射和超导涡旋,与超轻玻色子暗物质区分开来。
2021-09-29 astro-ph.CO hep-ph hep-th
On Dark Matter Self-interaction via Single Neutrino Exchange Potential
该研究提出中微子通过单中微子交换势介导暗物质自相互作用,推导出单极-偶极势并分析散射截面,发现其按1/v²标度变化,可解释矮星系核浅密度并符合星系团碰撞上限,为暗物质探测提供新途径。
2023-10-16 astro-ph.CO hep-ph
Enhanced lines and box-shaped features in the gamma-ray spectrum from annihilating dark matter in the NMSSM
本文研究了次极小超对称标准模型(NMSSM)中暗物质(DM)湮灭产生的γ射线辐射的光谱特征,包括中性伴子和右手(RH)sneutrinoDM。我们在NMSSM参数空间上进行了一系列扫描,计算了DM湮灭截面为两个光子和盒形特征的贡献,并将它们与使用最新Pass 8数据从费米LAT搜索伽马射线线得出的限制进行比较。我们实现了LHC上的希格斯部门和超对称粒子的质量以及对低能量的可观测量的限制。我们还考虑了最近的上限从费米-LAT卫星上的连续伽马射线发射矮球状星系(dSphs)。我们表明,在RH sneutrino的情况下,对伽马射线光谱特征的约束可以比dSph界限更严格。这是由于与CP偶Higgs的普遍共振附近的Breit-Wigner增强以及标量和赝标量Higgs终态对盒形特征的贡献。相比之下,对于中性伴子DM,双光子终态仅在与$Z$玻色子的共振中增强,盒形特征甚至被抑制得更多。因此,光谱特征的观察可以构成两种模型之间的区分因素。此外,我们比较我们的结果与直接DM搜索,包括SuperCDMS和LUX限制的弹性DM-核散射截面,并表明,这些方案中的一些将访问下一代实验。因此,我们的研究结果加强了不同的DM搜索策略之间的互补性。
2016-04-06 astro-ph.CO hep-ph
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
Dark Matter distinguished by skewed microlensing in the "Dragon Arc"
研究通过分析“Dragon Arc”中微透镜恒星相对临界曲线的偏斜分布,发现波暗物质(ψDM)的量子干涉效应比CDM子晕更能准确解释观测到的负偏斜与带宽,并推断出玻色子质量约为10^-22 eV。
2024-05-29 astro-ph.CO
Core-Envelope Haloes in Scalar Field Dark Matter with Repulsive Self-Interaction: Fluid Dynamics Beyond the de Broglie Wavelength
由超轻玻色子组成的标量场暗物质(SFDM)由于其新颖的结构-形成动力学(耦合薛定谔-泊松方程)而成为标准无碰撞冷暗物质(CDM)的替代物,引起了人们极大的兴趣。在SFDM(FDM)的自由场(“模糊”)限制中,结构在德布罗意波长以下被抑制,但在更大尺度上类似于CDM。维里化晕具有半径为$\simλ_\text{deB}$的“孤波”核,被类似CDM的包络所包围。当足够强的排斥性自相互作用(SI)也存在时,结构可以被抑制到低于第二个长度尺度$λ_\text{SI}$,具有$λ_\text{SI}> λ_\text{deB}$ -被称为$λ_\text{SI}> λ_\text{deB}$ -费米(TF)制度。FDM动力学由于量子压力而不同于CDM,并且SFDM-TF通过增加SI压力而进一步不同。然而,在小的$λ_\text{deB}$极限中,我们可以通过可压缩的$γ=5/3$理想气体的流体守恒方程来模拟所有三个,其中理想气体压力来源于内部速度色散,并且对于TF状态,增加了SI压力$P_\text{SI}\propto ρ^2$。我们使用这些流体方程来模拟晕形成的引力坍缩在1D,球对称,证明了第一次,SFDM-TF晕形成的核心大小的$R_\text{TF}$,半径的SI压力支持$(n=1)$ -多面体,围绕CDM样信封。与局域宇宙中矮星系的自转曲线相比,当$R_\text{TF}\gtrs…
2021-08-01 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Low-mass right-handed sneutrino dark matter: SuperCDMS and LUX constraints and the Galactic Centre gamma-ray excess
最近直接和间接搜索暗物质的结果激发了粒子物理模型的研究,这些模型可以提供质量范围为1-50 GeV的弱相互作用大质量粒子。轻WIMP DM的可行候选物必须满足严格的限制。一方面,在大型强子对撞机上观测到的具有标准模型性质的希格斯玻色子为轻DM粒子与希格斯玻色子的耦合设定了上限,因此很难再现正确的遗迹丰度。另一方面,最近在CDMSlite,SuperCDMS和LUX实验中直接搜索的结果对DM散射截面设置了上限约束。在本文中,我们研究了轻右手sneutrino DM在次极小超对称模型(NMSSM)的可行性,在这些限制的光。为此,我们在NMSSM参数空间进行了扫描,对希格斯扇区和低能观测值(如μ子异常磁矩和罕见衰变的分支比)施加实验界限。我们表明,扩大希格斯部门的NMSSM,再加上由RH sneutrino参数提供的灵活性,使人们有可能获得可行的RH sneutrino DM的质量轻至2 GeV。我们还考虑了湮灭截面的上限费米LAT数据矮球状星系,并提取了具体的例子,质量在8-50 GeV的范围内,可以解释在银河系中心的伽马射线发射明显的低能量过剩。然后,我们计算了RH超中微子弹性散射截面的理论预言。最后,在施加最近的界限从SuperCDMS和LUX,我们已经发现了一个广泛的区域的参数空间,可以探索未来的低阈值直接检测实验。
2014-07-26 astro-ph.CO hep-ph
Ultralight scalars as cosmological dark matter
冷暗物质(CDM)的一个有趣的替代方案是,暗物质是一种光($m \sim 10^{-22}$ eV)玻色子,具有德布罗意波长$λ\sim 1$ kpc,通常称为模糊暗物质(FDM)。我们描述了从粒子物理学的参数,激励FDM,回顾以前的工作,其天体物理特征,并分析了几个未探索的方面,其行为。特别地,(i)不形成小于约$10^7 (m/10^{-22} {\rm eV})^{-3/2} M_\odot$的FDM晕。(ii)FDM晕是由一个核心,这是一个固定的,最小的能量配置称为“孤子”,包围着一个信封,类似于CDM晕。(iii)孤子和包络之间的过渡是由类似于引力系统中的两体弛豫的弛豫过程决定的,该过程就好像晕是由质量为$\sim ρλ^3$的粒子组成的,其中$ρ$是晕的密度。(iv)弛豫对盘状星系内部的恒星盘和核球有重要影响。(v)弛豫可以产生FDM盘,但是在太阳附近的FDM盘必须具有至少$300 (m/10^{-22} {\rm eV})^{-2/3}$ pc的半厚度。(vi)孤子FDM子晕通过潮汐半径的隧道蒸发,这将银河系30 kpc内的最小子晕质量限制为大约$10^8 (m/10^{-22} {\rm eV})^{-3/2} M_\odot$。(vii)如果天炉座矮星系中的暗物质是由CDM组成的,那么在该星系中观察到的大多数球状星团应该很久以前就螺旋到了它的中心,如果暗物质是FD…
2017-02-24 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Implications of the Fermi-LAT Pass 8 Galactic Center Excess on Supersymmetric Dark Matter
费米合作组织最近更新了他们对银河系中心伽马射线的分析。他们再次确认了一个无法解释的发射特征的存在,该特征在$1-10$ GeV区域最为突出,被称为银河系中心GeV过量(GCE)。虽然GCE现在被坚定地检测到,解释这种发射作为一个信号的自湮灭暗物质(DM)粒子是不明确的可能性,由于系统的影响,在银河平面的伽马射线建模估计。在本文中,我们建立了一个协方差矩阵,收集不同的系统的不确定性研究费米合作的文件,影响GCE光谱。我们表明,模型的GCE的一部分是由于湮灭DM仍然可以与新的数据是一致的。我们还重新评估了最小超对称标准模型(MSSM)的参数空间区域,可以通过中性伴子DM湮灭占主导地位的GCE。所有最近的DM直接探测实验,如PICO,LUX,PandaX和Xenon 1 T的限制,从矮球状星系的湮灭截面和大型强子对撞机的限制被认为是在这个分析。由于在GC过剩的能量谱相对于以前的费米分析,和最近的限制,从直接检测实验,我们发现一个稍微移动的参数区域的MSSM相比,我们以前的分析是一致的GCE。质量在$85-220$ GeV之间的中微子可以通过湮灭成一对$W$玻色子或顶夸克来描述过量。值得注意的是,在我们发现的区域中存在低微调模型。完整的解决方案将通过即将进行的直接探测实验和大型强子对撞机即将到来的数据中的专门搜索来探索。
2018-01-10 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
The CMSSM Survives Planck, the LHC, LUX-ZEPLIN, Fermi-LAT, H.E.S.S. and IceCube
本文重新审视了 CMSSM 的生存能力,详细绘制了与 Planck 兼容的参数空间条带,发现 Higgs 质量和 LZ 实验限制是最强约束,大部分存活参数空间包含质量约 1000-1100 GeV 的类 Higgsino 暗物质粒子。
2023-03-25 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Axion dark matter, solitons, and the cusp-core problem
自引力玻色子场可以支持稳定和局部的场配置。对于实场,这些解随时间振荡,称为振荡子。密度分布是静态的,是孤立子。这样的孤子在轴子暗物质模型中应该是普遍存在的,孤子的特征质量和大小取决于轴子质量的某个逆幂。用薛定谔-泊松系统数值研究了非相对论性轴子的稳定组态。这种方法,以及由此产生的孤子密度分布,进行审查。利用标度对称性和测不确定原理,孤子的核心尺寸可以以一种普遍的方式与中心密度和轴子质量$m_a$相关联。孤子具有恒定的中心密度,由于压力支持,不同于冷暗物质(CDM)的尖形轮廓。这一事实的一个结果是,由超轻轴子(ULA)组成的孤子可以解决CDM的“尖点核”问题。在DM晕中,热力学将导致在大半径处具有类似CDM的Navarro-Frenk-White轮廓,在小半径处具有中心孤子核心。利用Monte-Carlo技术,探索这种形式的可能的密度分布,拟合矮球状星系的恒星运动学数据。为了使ULAs解决尖点核问题(不依靠重子反馈或其他天体物理效应),轴子质量必须满足$m_a<1.1\times 10^{-22}\text{ eV}$在95\%C. L。另一方面,具有$m_a\lesssim 1\times 10^{-22}\text{ eV}$的ULA与宇宙学结构的形成存在某种张力。一个轴子解决方案的尖核问题,从而使新的预测,未来的测量时代的再电离。另一方面,这可以被看作是结构形成可以很快在轴子/…
2015-06-17 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Gravothermal collapse and the diversity of galactic rotation curves
本研究探究了σ/m约20-40 cm²/g的强自相互作用暗物质区间,发现其可通过引力热坍缩放大星系晕密度多样性,自然解释14个低表面亮度星系旋转曲线的观测差异,为检验强暗物质自相互作用开辟新途径。
2025-05-08 astro-ph.CO astro-ph.GA
Constant surface gravity and density profile of dark matter
累积的观测证据证实,表面重力的暗物质(DM)晕mu_{0 D} = r_0 rho_0,其中r_0和rho_0是晕核半径和中心密度,分别是几乎恒定的和独立的星系光度为大量的星系系统(螺旋,矮不规则和球状体,椭圆形)跨越14个级别的亮度和不同的哈勃类型。值得注意的是,它的数值mu_{0 D} = 140 M_{sun} /pc ^2 =(18.6 Mev)^3在所有这些系统中都大致相同(最多为2倍)。首先,我们给出了mu_{0 D}与r_0无关的物理结果:能量标度为体积sim r_0 ^3,而质量和熵标度分别为表面~ r_0 ^2和表面乘以log r_0。也就是说,熵的尺度与黑洞熵相似,但系数要小得多。其次,我们计算的表面重力和密度分布的小尺度的第一性原理和原始的密度波动的演化,因为通货膨胀的结束,直到今天使用线性化的Boltzmann-Vlasov方程。用这种方法得到的密度分布图rho_{lin}(r)在中间尺度上随r^{-1-n_s/2}而减小,其中n_s = 0.964是原始谱指数。这个标度与在观测和N体模拟中发现的经验行为非常一致:r^{-1.6 \pm 0.4}。观测到的mu_{0 D}值表明DM粒子质量m处于keV量级。理论上导出的密度分布rho_{lin}(r)在keV标度中对于m是核心的,并且它们在GeV标度或更高的标度中对于m看起来是尖点的。我们认为费米子和玻色子作…
2010-11-30 astro-ph.CO astro-ph.GA gr-qc