Forecasts for Warm Dark Matter from Photometric Galaxy Surveys
我们提出了一个Fisher矩阵预测的热暖暗物质（WDM）粒子的质量从当前（DES类）和未来（LSST类）光度星系调查使用星系角功率谱的敏感性。我们使用修改后的Halo模型来模拟WDM效应的非线性聚类。我们估计，从这个观察单独的下限$m_{\text{wdm}}>647$ \，eV（$m_{\text{wdm}}>126$ \，eV）的LSST（DES）的情况下，可以得到。
2018-08-21 astro-ph.CO hep-ph
Warm Decaying Dark Matter and the Hubble Tension
如果一部分暗物质不稳定，在物质辐射相等的时候衰变成暗辐射，它可能会影响宇宙的膨胀历史，从而有助于改善哈勃常数的本地测量值与从宇宙微波背景和重子声学振荡的测量结果（假设标准的$Λ$ CDM宇宙学）推断的值之间长期存在的紧张关系。然而，如果衰变的暗物质的这一成分是冷的，它将改变引力势的演化，导致与这些相同的数据集不一致。考虑到这一点，我们在这里考虑一个组件的衰变温暖的暗物质，与自由流的长度是足够长的，以保持与现有的数据一致。我们研究了暖衰变暗物质的背景和微扰演化，并利用宇宙学数据来约束这种粒子的质量、丰度和衰变率。我们发现，温暖的衰变暗物质的一个组成部分，可以显着降低本地和宇宙学测定的哈勃常数之间的紧张关系。
2020-06-03 astro-ph.CO hep-ph
Inert-Sterile Neutrino: Cold or Warm Dark Matter Candidate
在通常的粒子模型中，只有质量在千电子伏范围内并且是温暖的暗物质，无菌中微子才能解释宇宙的暗物质。严格的宇宙学和天体物理学界限，特别是X射线观测所施加的界限，适用于它们。我们指出，在一个特定的变化的惰性双重模型中，不育中微子可以解释宇宙中的暗物质，可能是冷或热的暗物质候选人，即使质量远远大于keV的范围。这些惰性-惰性中微子在早期宇宙中以非热的方式产生，它们是稳定的，与标准模型粒子的耦合非常小，这使得它们在直接或间接的暗物质搜索中很难被探测到。原则上，它们可以在对撞机中通过发现模型中的其他粒子来揭示。
2009-12-22 astro-ph.CO hep-ph
KeV Warm Dark Matter and Composite Neutrinos
基本keV惰性狄拉克中微子可以是复合中微子方案的天然成分。对于某种复合中微子理论，这些惰性中微子自然具有适当的混合角，可以共振产生温暖的暗物质（WDM）。或者，我们表明，这些不育中微子可以WDM产生的熵稀释热冻结出，与必要的熵产生所产生的不平衡衰变，而是从复合中微子部门的限制，提供了足够的过冷。
2012-09-25 astro-ph.CO hep-ph
Radiative Scaling Neutrino Mass and Warm Dark Matter
提出了一个新的和激进的方案，简单的2006年模型的辐射中微子质量，其中没有跷跷板机制，即中微子质量不是成反比的一些大的质量尺度，相反，流行的理论思维。圈中的中性单重费米子的质量约为10 keV，其中最轻的是绝对稳定的，其他的则是非常长寿的。所有这些都是温暖的暗物质的组成部分，这是解释所有尺度宇宙结构的可能新范式。
2012-08-14 astro-ph.CO hep-ph
Freeze-in gravitational waves and dark matter in warm inflation
Sun Yat-sen University (Zhuhai Campus)（中山大学（珠海校区））
本文研究温暖膨胀中冻结过程产生的引力波谱及暗物质生成，比较不同耗散项对高频引力波信号的影响，揭示谱行为差异，为探索膨胀与暗物质模型提供途径。
2026-03-17 astro-ph.CO hep-ph
Cutoff in the Lyman-$α$ forest power spectrum: warm IGM or warm dark matter?
我们重新分析了（Viel et al 2013）中考虑的高红移和高分辨率$α$森林光谱，试图限制暖暗物质粒子的性质。与以前的工作相比，我们考虑了更广泛的星系际介质的热历史。我们发现，无论是温暖的和冷的暗物质模型可以解释截断观察到的通量功率谱的高分辨率观测同样好。然而，这意味着非常不同的热历史和基本的再电离模型。我们讨论如何消除这种简并性。
2017-09-15 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Neutrinos as Hot or Warm Dark Matter
活跃和惰性的亚电子伏特中微子都可以为热暗物质（DM）提供服务。另一方面，keV的不育中微子可能是一个很好的候选人温暖的DM。β衰变（例如，H-3和Ru-106）和EC-衰变（例如，Ho-163）核被认为是最有希望分别捕获这些极低能中微子和反中微子的靶。计算了在不同的味混合方案下，残余电子中微子和反中微子相对于相应的β衰变或EC衰变背景的俘获率。我们强调，这种直接的实验室测量热或温暖的DM可能不是没有希望的长期。
2011-11-28 astro-ph.CO hep-ph
Decaying warm dark matter and structure formation
我们从结构形成的角度研究了暖暗物质（WDM）的宇宙学，包括稳定和衰变。我们比较了与WDM质量为1.5 keV和0.158 keV的物质功率谱，与稳定的冷暗物质$Λ$ CDM $\equiv$ SCDM范式的预期，作为我们的参考模型。我们仔细研究了与暗物质的温暖性质相关的影响，以及它衰变的事实。衰变的暖暗物质（DWDM）的情况是动机良好的，出现在一个广泛的粒子物理理论类中微子质量产生的连续的全球轻子数对称性的自发破缺。大强子以南部-戈德斯通玻色子的形式出现，并从引力效应中获得质量，这明显违反了全局对称性。majoron必然衰变为中微子，其幅度与它们的微小质量成正比，这通常使它具有宇宙学上的长寿命。使用N体模拟，我们表明，我们的DWDM图片导致一个可行的替代方案的$Λ$ CDM的情况下，预测，可以在小尺度上有很大的不同。
2018-12-17 astro-ph.CO hep-ph
Warm Dark Matter from keVins
我们提出了一个简单的暖暗物质（WDM）模型，其中两个费米子被添加到标准模型：（准）稳定“keVins”（keV惰性费米子），占WDM和他们的不稳定的兄弟，“GeVins”（GeV惰性费米子），两者都携带零电荷和轻子数，（近似）“惰性”，在这个意义上，它们唯一的相互作用是通过抑制耦合到Z。我们认为，在这种情况下，稳定的keVins热产生的，其丰度随后被稀释的熵产生较重的不稳定GeVins的衰变。这种机制可以在各种各样的模型中实现，包括E_6激发的超对称模型或包含无菌中微子的模型。
2012-05-02 astro-ph.CO hep-ph
The inner structure of haloes in Cold+Warm dark matter models
我们分析了冷加暖暗物质宇宙学（CWDM）中暗物质晕的性质。我们研究了它们对热粒子的分数和速度色散的依赖性，保持自由流尺度固定。为此，我们考虑三种具有相同自由流的模型：（1）90% CDM和10% WDM的混合物，质量为1 keV;（2）50% CDM和50% WDM的混合物，质量为5 keV;（3）纯WDM，质量为10 keV。“暖”粒子重新调整了费米-狄拉克原始速度谱（就像非共振产生的无菌中微子一样）。我们比较了这些模型之间的晕的性质，并与LCDM具有相同的宇宙学参数。我们证明，虽然这些模型具有相同的自由流长度和物质谱的抑制是相似的尺度探测莱曼-α森林同动波数k<3-5 h/Mpc），所产生的性质与质量低于1 e11 Msun的晕是不同的，由于不同的行为，在较小的尺度上的物质功率谱。特别是，我们发现，虽然星系的数量保持不变，在LCDM的情况下，他们的密度分布变得不那么集中，因此在更好的协议与目前的观测限制。我们的研究结果意味着，这些模型的一个单一的参数（如自由流长度）的描述是不够的，以充分捕捉他们的结构形成过程中的影响。
2012-10-01 astro-ph.CO
Constraining Sterile Neutrino Warm Dark Matter with Chandra Observations of the Andromeda Galaxy
我们利用仙女座星系12 '-28'（2.8-6.4 kpc）环形区域的Chandra未分辨X射线发射光谱来约束无菌中微子暖暗物质的辐射衰变。通过切除最重子占主导地位的，中央2.8千秒差距的星系，我们减少了我们的估计的暗物质质量的视野内的不确定性，并提高了信噪比的预期不育中微子衰变签名相对于热气体和未解决的恒星排放。在Dodelson-Widrow模型中，我们的发现对无菌中微子的质量提出了迄今为止最严格的限制，即m_s < 2.2 keV（95%C. L.）。我们的研究结果也限制了在非常小的活跃-无菌中微子混合角的替代无菌中微子生产方案。
2012-01-10 astro-ph.CO hep-ph
XENON1T Anomaly and its Implication for Decaying Warm Dark Matter
在XENON1T探测器中观察到过量的电子反冲数据。对过量的一种合理解释是质量为$2-3\,{\rm keV}$的矢量玻色子的吸收。为此，如果暗光子解释了当前DM丰度，则需要暗光子与光子的动力学混合$κ\!\sim\!10^{-15}$。我们最近提出了一个模型，其中的主要组成部分DM今天是一个衰变的温暖的暗物质（WDM）的寿命相当于当前宇宙的年龄。WDM衰变为无质量的费米子和大质量的暗光子。该模型最初是为了解决$Λ$ CDM所遇到的小规模问题和$H_{0}$张力而设计的。在这封信中，我们表明，大量的暗光子产生的WDM衰变可以识别矢量玻色子诱导的XENON1T实验中的异常过剩。根据母体衰减WDM的寿命，暗光子可以是今天DM布居的主要成分或子成分。
2020-06-22 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
Warm dark matter chills out: constraints on the halo mass function and the free-streaming length of dark matter with 8 quadruple-image strong gravitational lenses
暗物质的自由流长度取决于基本的暗物质物理，并决定了亚星系尺度上暗物质晕的丰度和浓度。利用八个四倍像的类星体的像位置和通量比，我们约束了暗物质的自由流长度和次晕质量函数（SHMF）的振幅。我们模拟了主偏转器下晕和沿视线的晕，并考虑了暖暗物质（WDM）自由流对质量函数和质量浓度关系的影响。通过使用一组模拟晕校准SHMF与宿主晕质量和红移的标度，我们推断出SHMF的全球归一化。我们占有限大小的背景源，并边缘化的主要偏转器的质量配置文件。参数化暗物质自由流通过半模质量$m_{\rm{hm}}$，我们约束热遗迹粒子质量$m_{\rm{DM}}$对应于$m_{\rm{hm}}$。在$95 \%$ CI：$m_{\rm{hm}} < 10^{7.8} M_{\odot}$（$m_{\rm{DM}} > 5.2 \ \rm{keV}$）。相对于后验分布的峰值，我们不支持似然比分别为7：1和30：1的$m_{\rm{DM}} = 4.0 \rm{keV}$和$ m_{\rm{DM}} = 3.0 \rm{keV}$。假设冷的暗物质，我们约束的投影质量之间的子结构$10^6 - 10^{9} M_{\odot}$近透镜图像。在$68 \%$ CI处，我们推断出对应于平均投影质量分数$\bar{f}_{\rm{sub}} = 0.035_{-0.017}^{+0.021}$的$2.0 - 6.1 \ti…
2019-11-11 astro-ph.CO astro-ph.GA
Warm dark matter and the ionization history of the Universe
在温暖的暗物质的情况下，结构的形成被抑制在小尺度上相对于冷的暗物质的情况下，减少低质量晕的数量和电离气体的分数在高红移，从而延迟再电离。这对宇宙的电离历史产生了影响，测量再电离的光学深度，电离气体的全球部分的演化和星系际介质的热历史，可以用来限制暗物质粒子的质量。然而，在这些情况下，电离介质的部分抑制可以通过改变其他参数来部分补偿，例如电离效率或晕可以容纳恒星形成星系的最小质量。在这里，我们使用不同的数据集关于宇宙的电离和热的历史，并考虑到从几个天体物理参数的简并，我们得到的热暖暗物质候选人的质量的下限$m_X > 1.3$千电子伏，或$m_s > 5.5$千电子伏的情况下，无菌中微子非共振产生的早期宇宙，都在90\%的置信水平。
2018-04-23 astro-ph.CO hep-ph
The Halo Model of Large Scale Structure for Warm Dark Matter
本文对暖暗物质（WDM）结构形成情景下的宇宙学大尺度到小尺度结构统计的晕模型进行了全面分析。我们包括WDM对线性物质功率谱、晕密度分布、晕浓度关系、晕质量函数、次晕密度分布、次晕质量函数以及光滑暗物质分量的偏置的影响。正如预期的那样，我们发现在最小的物理尺度在WDM和冷暗物质之间的光环模型预测的非线性物质功率谱的差异，即使是合理的高尺度WDM粒子质量。我们发现，显着的影响是由改变晕密度分布和浓度，以及晕质量函数。我们进一步发现，WDM对次晕人口的影响是重要的，但次主导。WDM中平滑分量偏置的聚类效应并不显著。
2011-09-28 astro-ph.CO hep-ph
Mixed (Cold+Warm) Dark Matter in the Bino-Wino co-annihilation scenario
我们研究了高尺度超对称性破缺模型中双-维诺共湮灭的唯象问题。在发现质量约为126 GeV的希格斯玻色子后，高尺度超对称性破缺被认为是有希望的。本文讨论了最轻的双超对称粒子（LSP）伴随着最大约30 GeV的重双超对称粒子。在bino和wino之间适当的质量分裂下，bino LSP具有正确的暗物质残余丰度。对于较小的质量分裂，引力子的晚期衰变可以提供正确的双暗物质丰度。在直接和间接探测中发现来自双暗物质的信号是极其具有挑战性的。通过利用LHC上的多喷流和缺失的横向动量事件，我们可以约束胶子质量，从而间接地探测双-维诺共湮灭的情况。然而，对撞机实验不能直接搜索双暗物质。在本文中，我们建议对双暗物质进行直接探测。我们表明，双暗物质的小尺度物质功率谱留下的印记时，双暗物质的引力子的衰变产生的。非热双暗物质表现为混合（冷+暖）暗物质。
2013-11-09 astro-ph.CO hep-ph
Warm Dark Matter in Two Higgs Doublet Models
我们表明，一个中性标量场，σ，两个希格斯偶极子扩展的标准模型纳入中微子质量的跷跷板机制，可以被确定为一致的{ \it暖}暗物质候选人的顺序keV的质量。借助于参与跷跷板机制的右手中微子N的晚期衰变，正确地再现了$σ$的残余密度。宇宙学的限制决定了N的质量和寿命为M_N = 25 GeV - 20 TeV，τ_N =（10^{-4}-1）sec。这些模型也可以解释最近报道的银河系外光谱中3.5 keV X射线衰变σ \to γγ的异常。这些模型在对撞机和天体物理设置的未来测试进行了概述。
2014-12-24 astro-ph.CO hep-ph
The Lyman-$α$ forest as a diagnostic of the nature of the dark matter
观测到的莱曼- $α$通量功率谱（FPS）在低于$\sim~ 30~{\rm km~s}^{-1}$的尺度上受到抑制.这种截止可能是由于吸收气体的高温$T_0$和高压$p_0$，或者，它可以反映早期宇宙中暗物质粒子的自由流动。我们进行了一组非常高分辨率的宇宙学流体动力学模拟，其中我们改变$T_0$，$p_0$和暗物质自由流的振幅，并比较模拟光谱的FPS的数据。我们发现，暗物质自由流截止尺度的位置与红移不同，比热效应产生的截止，并在更高的红移更明显。因此，我们将重点放在与在$z>5$观察到的FPS的比较上。我们证明，FPS截止可以假设冷暗物质，但它也可以同样很好地假设，由$\sim 7$千电子伏的无菌中微子的暗物质，在这种情况下，截止主要是由于暗物质自由流。
2019-08-07 astro-ph.CO hep-ph
Suppressing structure formation at dwarf galaxy scales and below: late kinetic decoupling as a compelling alternative to warm dark matter
热暗物质宇宙学作为冷暗物质范式的替代方案已被广泛研究，其特征是在小宇宙尺度上抑制结构形成。如果标准的冷暗物质粒子与一种可能是暗物质的相对论粒子保持局部热平衡，直到宇宙冷却到千电子伏的温度，就会发生非常相似的情况。我们进行了系统的唯象研究这种可能性，并分类所有极小模型包含暗物质和任意的辐射成分，允许这样一个晚动力学解耦。我们恢复明确的情况下，最近在文献中讨论，并确定新的类的例子，是非常有趣的，从建模的角度来看。在其中一些模型中，暗物质不可避免地会自我相互作用，鉴于最近对这种可能性的观测支持，这是值得注意的。因此，暗物质模型具有后期动力学解耦的潜力，不仅可以缓解丢失卫星的问题，而且还可以解决小尺度宇宙学和谐模型的其他问题，特别是尖核和太大太失败的问题，在某些情况下，无需调用任何额外的输入。
2016-11-30 astro-ph.CO hep-ph
Warm Dark Matter via Ultra-Violet Freeze-In: Reheating Temperature and Non-Thermal Distribution for Fermionic Higgs Portal Dark Matter
千电子伏量级的暖暗物质（WDM）可能能够解决冷暗物质模拟和观测中结构形成之间的不一致。WDM的详细特性将取决于其能量分布，特别是它如何偏离WDM模拟中通常假设的热分布。在这里，我们专注于WDM生产通过紫外线（UV）冻结的机制，费米子希格斯门暗物质$ψ$通过门户互动$\barψψH^{\dagger}H/Λ$产生的情况下。介绍了一种新的方法来简化暗物质冻结非热能分布的计算。我们发现，从紫外冻结的非热能分布是热比相应的热分布，并具有非热归一化的玻色-爱因斯坦分布的形式。由此得到的暗物质费米子质量范围与观测结果一致，为5-7千电子伏。再加热温度必须满足$T_{R} \gtrsim 120 $ GeV，以考虑到观测到的暗物质密度时，$m_ψ \approx 5 $千电子伏，其中的下限对$T_{R}$对应的限制，费米子质量完全是由于通过门户相互作用的电弱对称性破缺。相互作用标度上的相应界限是$Λ\gtrsim 6.0 \times 10^{9}$ GeV。
2016-08-16 astro-ph.CO hep-ph
Inverse Seesaw Model with a Modular $S^{}_4$ Symmetry: Lepton Flavor Mixing and Warm Dark Matter
本文系统地研究了基于模$S^{}_4$对称性的中微子质量和味混合的简单反跷跷板模型。引入两个右手中微子和三个额外的费米子单态，通过反跷跷板机制解释轻中微子质量，并提供一个keV质量的无菌中微子作为宇宙中暖暗物质的候选者.考虑所有可能的模形式，重量不大于4，我们得到了12个模型，其中我们发现一个是在良好的协议与观察到的轻子质谱和味道混合。此外，我们还考虑了对$X$射线的直接搜索和对Lyman- $α$的观测，探讨了无菌中微子质量和混合角的允许范围。中微子混合参数和暗物质丰度的模型预测将在未来的中微子振荡实验和宇宙学观测中得到检验。
2021-09-30 astro-ph.CO hep-ph
Multi-species Dark Matter with Warmth and Randomness
Rice University（莱斯大学）；Carnegie Observatories（卡内基观测站）
本文提出了一种分析框架，研究多物种暗物质模型中宇宙结构的演化，考虑有限速度分散和泊松波动。通过求解截断BBGKY层级，提供高效算法计算总及物种间功率谱，展示等熵和绝热谱的演化差异。
2026-05-15 astro-ph.CO hep-ph
Gamma-rays From Warm WIMP Dark Matter Annihilation
弱相互作用大质量粒子（WIMP）通常作为冷暗物质的候选者，然而当它以非热的方式产生时，它的行为就像温暖的暗物质。在本文中，我们研究的$γ$射线的性质，从湮灭的WIMP暗物质在我们自己的银河系晕的高分辨率$N$体模拟的银河系暗物质晕，假设不同的性质的WIMP。由于大的自由流长度在温暖的WIMP的情况下，暗物质晕的子结构内容是显着不同的冷WIMP对应物，导致不同的预测$γ$射线信号从暗物质湮灭。我们通过比较预测的$γ$ -射线信号从温暖的WIMP湮灭的冷WIMP来说明这些。显着的差异，从subhalo的天空图和两个WIMP模型之间的统计特性进行了演示。由于暖WIMP情景下非热产生机制的潜在增强截面，银河系中心可能是间接探测暖WIMP到矮星系的优先点，这可能不同于冷暗物质情景。作为一个具体的例子，我们考虑了超对称模型中的非热产生中性伴子，并讨论了用费米$γ$射线望远镜探测温WIMP的可能性。
2012-11-09 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
How to constrain warm dark matter with the Lyman $α$ forest
高分辨率Lyman- $α$森林数据的通量功率谱在小尺度上表现出抑制。这种抑制的起源可能是由于长期寻找的暖暗物质（WDM）或热效应，与宇宙的再电离历史有关。以前的工作探讨了一类特殊的再电离历史，表现出足够强的热抑制，几乎没有留下空间的温暖暗物质的解释。在这项工作中，我们选择了一个不同的类的再电离的历史，完全兼容的再电离演化的现有数据，但更冷的再电离历史，由以前的作者在确定的性质的暗物质，从而留下最广泛的空间WDM解释的抑制通量功率谱。我们发现，WDM热文物与质量低于1.9千电子伏（95%CL）将产生抑制的规模大于观测到的最大通量功率谱，独立于热效应的假设。这WDM质量是显着低于以前声称的界限，证明了莱曼- $α$森林方法的系统不确定性的水平，由于以前的建模。我们还讨论了这种不确定性可能会影响也在大规模测量的eBOSS数据。
2022-05-26 astro-ph.CO hep-ph
Astrophysical Constraints on Dark Matter
天体物理学为暗物质的存在提供了证据，并对其性质提出了限制。冷暗物质模型已经成为“标准”宇宙学与宇宙学常数的结合。有迹象表明，“冷”的暗物质可能比最初讨论的“热”。本文综述了暗物质冷/暖性质的主要信息。
2011-10-13 astro-ph.CO hep-ph
Forecasts for warm dark matter from weakly lensed Type Ia supernovae
我们研究了在所有的暗物质都是暖的情况下，从宽视场红外巡天望远镜（WFIRST）观测的预期数据中对热暖暗物质（WDM）粒子的质量进行约束的可能性。为此，我们考虑基于暖暗物质的大尺度结构对超新星Ia视星等的透镜效应。我们使用HALOFIT作为非线性物质的功率谱和PDF的方差。我们进行了Fisher矩阵分析，得到了$m_{\rm WDM}>0.167$ keV的下界。
2019-05-18 astro-ph.CO
Entering the Era of Measuring Sub-Galactic Dark Matter Structure: Accurate Transfer Functions for Axino, Gravitino & Sterile Neutrino Thermal Warm Dark Matter
本文针对轴子微子、引力微子与惰性中微子等热温暗物质模型，首次计算自旋3/2粒子的转移函数，并修正了自旋1/2粒子的转移函数拟合，为当前及未来小尺度结构约束提供更精确的理论预测。
2023-04-12 astro-ph.CO hep-ph
21-cm observations and warm dark matter models
观测红移的21厘米信号（吸收或发射）使我们能够窥视“黑暗时代”和再电离的开始。这些数据可以提供一种新的方法来了解暗物质的性质，特别是关于小尺寸暗物质晕的形成。然而，结构的形成和21厘米信号之间的联系需要了解恒星的总质量关系，紫外光子的逃逸分数，以及其他描述早期恒星形成和辐射的参数。这种重子物理学依赖于暗物质的性质，特别是在暖暗物质（WDM）模型中，与冷暗物质的情况相比，恒星形成可能遵循完全不同的场景。我们使用最近的测量的边缘[J.D.鲍曼A. E. E.罗杰斯河，巴西-地A. Monsalve，T. J. Mozdzen和N. Mahesh，吸收分布集中在78兆赫的thesky平均光谱，自然（伦敦）555，67（2018）。以证明当考虑上述因素时，鲁棒WDM界限实际上弱于由$α$森林方法和其它结构形成界限给出的那些。特别是，我们表明，共振产生的7 keV不育中微子暗物质模型是与这些数据相一致。然而，一个整体的方法来建模的WDM宇宙拥有巨大的潜力，并可能在未来的21厘米的数据，我们的主要工具来了解暗物质集群属性。
2019-12-10 astro-ph.CO hep-ph
Probing warm and mixed dark matter models using lensing shift power spectrum
本文提出利用透镜偏移功率谱探测暗物质性质，并基于单一透镜系统MG J0414+0534的观测数据对暖暗物质质量及其在混合暗物质模型中的占比施加约束，展示了该工具在未来观测中获取更严格约束的潜力。
2023-12-29 astro-ph.CO hep-ph
A Study of Warm Dark Matter, the Missing Satellites Problem, and the UV Luminosity Cut-Off
在温暖的暗物质的情况下，Press-Schechter形式主义是有效的星系质量大于“速度色散截止”。在这项工作中，我们扩展到速度色散截止以下的质量的预测，从而解决了“失踪的卫星问题”，和休息帧紫外线光度截止所需的不超过测量的再电离光学深度。我们发现这两种现象的预测和观察之间的协议。作为一个副产品，我们从第一性原理得到经验塔利-费舍尔关系。
2022-11-22 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Imprints of Non-thermal Wino Dark Matter on Small-Scale Structure
我们研究如何“温暖”的维诺暗物质时，它是非热产生的引力子在早期宇宙的衰变。阐明了引力子衰变时维诺的能量分布和产生后的能量损失过程。通过求解玻尔兹曼方程，我们表明，一个相当大的比例的维诺暗物质可以“温暖”的维诺质量m_{\tilde w} \sim 100-500 GeV。维诺暗物质的“温暖”在物质功率谱上留下了印记，并可能通过未来的21厘米线测量提供有关暗物质起源的进一步见解。我们的计算可以应用于其他非热wino生产方案，如wino暗物质产生的衰减的模场。
2012-09-30 astro-ph.CO hep-ph
Effect of Streaming Motion of Baryons Relative to Dark Matter on the Formation of the First Stars
我们评估的重子和暗物质之间的超音速相对速度的第一气体云在z < 50的热和密度演化的效果。通过一系列的宇宙学模拟，初始化在z=100与一系列的相对流动速度和minihalo形成红移，我们发现，典型的流动速度将有气体演化的影响很小。一旦坍缩开始，气体的后续演化将与没有流的情况几乎无法区分，恒星形成仍将以相同的方式进行，特征性的Pop III恒星质量没有变化。预计再电离主要是由质量大于10^8太阳质量的晕所控制，因此流的预期影响可以忽略不计。
2011-02-01 astro-ph.CO
Non-thermal warm dark matter limits from small-scale structure
本文将重媒介衰变产生的非热惰性暗物质映射为有效热遗迹温暗物质，结合矮星系丰度与强透镜流量比统计，在95%置信度下给出107 keV的质量下限。
2023-05-25 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Decaying warm dark matter revisited
衰变的暗物质模型提供了一种物理上激发的方式，在物质和辐射扇区之间引导能量。原则上，这可能会影响哈勃常数的预测值，以适应CMB推断与当地测量结果之间的差异。在这里，我们重新审视了温暖的暗物质非相对论性地衰变为不可见辐射的模型。特别是，我们重新推导的背景和微扰方程从一个衰变中微子模型，并描述了一个新的，计算效率高的方法计算的衰变产物微扰大多极。我们进行MCMC分析，以约束所有三个模型参数，第一次包括衰变物种的质量，并评估该模型的能力，以减轻哈勃和$σ_8$紧张局势，后者是CMB和弱引力透镜之间的差异约束的幅度上的$8 h^{-1}$ Mpc $^{-1}$规模的物质波动。我们发现，该模型降低了$H_0$张力从$\sim 4 σ$到$\sim 3 σ$，既不增加也不减少$S_8 \equiv σ_8 (Ω_m/0.3)^{0.5}$张力，最终仅显示出相对于$Λ$ CDM的轻微改善。然而，模型的具体参数的值有利于数据被发现是很好的相对论性衰变的逆过程是重要的，呈现一个结论性的评估的衰变温暖的暗物质模型开放未来的工作范围内。
2022-07-01 astro-ph.CO hep-ph
The Warm Dark Matter Doorframe for Light Dark Matter Direct Detection Experiments
如果暗物质甚至已经与可见扇区充分热接触并且足够亮（$m_χ\lesssim\mathcal{O}(10)~\text{keV}$），则从可见扇区继承的热运动将导致显著的自由流效应，其受到结构形成约束，类似于基准热暖暗物质模型。在这里，我们确定的相互作用负责这种热接触的相互作用探测的深层地下暗物质直接探测实验。用动力学解耦技术在$m_χ$与$σ$图上详细地确定了束缚形状，并发现重铸当前的Lyman- $α$束缚给出了$m_χ\gtrsim73~\text{keV}$的约束，并且对于具有一些模型依赖性的较小截面的$σ<10^{-46}~\text{cm}^2$，它被放松到$m_χ\gtrsim35~\text{keV}$。对于光暗物质直接探测实验来说，这可以被视为一个通用的“禁止”约束，而已知的警告是，如果暗物质是具有早期玻色-爱因斯坦凝聚形式的轴子，或者如果存在自由流的布朗运动保护。
2019-10-01 astro-ph.CO hep-ex hep-ph
Captures of Hot and Warm Sterile Antineutrino Dark Matter on EC-decaying Ho-163 Nuclei
在放射性Ho-163核上捕获低能电子反中微子，通过电子捕获（EC）衰变为Dy-163，是检测残余无菌反中微子的一个值得注意的机会。目前的实验和宇宙学数据或多或少地暗示了这种假设的粒子，它们可能是宇宙中热暗物质的一部分，也可能是热暗物质的候选者。使用同位素Ho-163作为目标，并假设合理的活性-无菌反中微子混合角，我们计算的捕获率的遗迹电子反中微子对相应的EC衰变背景下，在存在的无菌反中微子在sub-eV或keV的质量尺度。我们表明，热或温暖的无菌反中微子暗物质的签名原则上应该是可观察的，提供的目标是足够大，能量分辨率是足够好的。
2011-08-03 astro-ph.CO hep-ph nucl-th
Understanding the Formation of Galaxies with Warm Dark Matter
本文通过绝热近似和弛豫方法，逐步构建暖暗物质星系形成理论，并用旋涡星系旋转曲线验证，从而约束暗物质粒子性质。
2023-10-10 astro-ph.CO astro-ph.GA
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
Dark Matter Halo Merger Histories Beyond Cold Dark Matter: I - Methods and Application to Warm Dark Matter
我们描述了一种方法来准确地计算晕质量函数，祖质量函数，合并率和合并树在非冷暗物质宇宙中使用的广义扩展Press-Schechter形式主义的自洽处理。我们的方法允许快速探索的subhalo人口的星系晕在暗物质模型与各种不同的粒子属性或宇宙滚动，截断，或更复杂的功率谱。我们做了详细的比较，解析推导的质量函数和合并的历史与最近的温暖暗物质宇宙学N体模拟，并找到很好的协议。我们表明，一旦吸积的平滑分布的物质占，粗粒度的统计数据，如质量吸积历史的晕可以几乎无法区分冷，暖暗物质的情况下。然而，晕质量函数和祖质量函数显着不同，与温暖的暗物质的情况下，被强烈抑制以下的自由流动尺度的暗物质。我们证明了使用正确的解决方案的漂移集障碍首次穿越分布在温暖的暗物质的重要性-如果一个平坦的障碍的解决方案，而不是使用的截断晕质量函数慢得多，导致高估的低质量晕的数量。
2012-10-07 astro-ph.CO
Cores and Cusps in Warm Dark Matter Halos
在低表面亮度星系中，大的核心半径的明显存在被认为是支持温暖的暗物质的证据。在这里，我们表明，WDM光环没有核心是光环大小的大部分：通常，r_core/r_200 < 0.001。这表明在这些星系中观察到的大核心的天体物理起源，正如其他作者所争论的那样。
2010-10-14 astro-ph.CO
Warmth Elevating the Depths: Shallower Voids with Warm Dark Matter
暖暗物质（WDM）被提议作为冷暗物质（CDM）的替代品，以解决银河系周围明显缺乏卫星等问题。即使WDM不是观测问题的答案，但限制暗物质的性质是必不可少的。WDM对晕的影响已经得到了广泛的研究，但WDM中的小尺度初始平滑也影响了当今的宇宙网和空洞。它抑制了空洞内部的宇宙“子网络”，以及空洞晕和子空洞的形成。在$N$体模拟运行不同的假设WDM群众，我们确定与ZOBOV算法和宇宙网络组件与ORIGAMI算法的空隙。随着暗物质温度的增加（即，颗粒质量减少），空隙密度最小值变浅，而空隙边缘变化不大。此外，子空隙的数量减少。空洞中的密度场对重子物理特别不敏感，因此如果空洞密度分布和最小值可以通过观测测量，它们将为暗物质的性质提供有价值的探测。此外，细丝和壁变得更干净，因为其间的子结构已经被平滑;这导致密度PDF中的清晰的中间范围峰值。
2015-05-19 astro-ph.CO
Mixed Warm Dark Matter Constraints using Milky Way Satellite Galaxy Counts
利用银河系卫星星系计数约束温暗物质与冷暗物质混合模型，通过模拟与观测对比，排除纯热遗迹温暗物质质量低于6.6 keV，并给出混合模型中温暗物质占比上限。
2025-03-31 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Interacting photon-baryon fluid, warm dark matter and the first acoustic peak
约化相对论气体模型是由A. 1965年，萨哈罗夫因推导出宇宙微波背景（CMB）谱而获奖。它最近被我们中的一些人重新发明，以实现宇宙演化中辐射和尘埃时代之间的插值。这个模型避开了玻尔兹曼-爱因斯坦方程组的复杂结构，并允许对热暗物质效应进行透明的描述。它在这里扩展到包括，在唯象的基础上，辐射和重子之间的平衡相互作用，这是应该占在一个简化的方式预复合物理学的相关方面。此外，我们使用紧耦合近似探讨这种相互作用和RRG温暖度参数对CMB的各向异性谱的影响。如果相互作用参数和暗物质热度参数都是$10^{-4}$或更小的量级，则该模型的预测与ΛCDM模型的预测非常相似。至于温暖度参数而言，这是在很好的协议与以前的估计的基础上，从结构形成的结果。
2013-12-06 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Dark Matter Freeze-In during Warm Inflation and the Seesaw Mechanism
本文提出在暖暴涨情景下，通过紫外冻结产生暗物质，并应用于$U(1)_{B-L}$规范扩展标准模型框架，结合跷跷板机制解释中微子质量。
2024-12-09 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Formation of First Galaxies inside Density Peaks and Voids under the Influence of Dark Matter-Baryon Streaming Velocity, I: Initial Condition and Simulation Scheme
我们提出了一个系统的研究宇宙的变化，存在于第一个恒星和星系的形成。我们专注于宇宙的变化引起的大规模的密度和速度环境刻在时代的重组。密度环境主要由暗物质过密度决定，速度环境主要由暗物质-重子流速度决定。为此，我们引入了一个新的宇宙学初始条件发生器BCCOMICS，它解决了小尺度扰动下的大尺度密度和流速环境的准线性演化，并产生初始条件的暗物质和重子，无论是粒子或网格数据在一个特定的红移。我们还描述了一个计划来模拟密度峰值和空隙内的第一个星系的形成，其中一个局部环境被视为一个单独的宇宙。作为一个应用程序，在微晕数密度和冷却质量的量所产生的宇宙方差。密度峰值成为增强第一星系形成的场所，这与暗物质-重子流速度对结构形成的负面影响竞争。
2018-11-28 astro-ph.CO
Structure formation in warm dark matter cosmologies: Top-Bottom Upside-Down
波动谱上的阻尼和热速度的存在作为温暖的暗物质粒子（如无菌中微子）的特性，从结构形成机制到晕的内部结构，都留下了独特的印记。使用温暖的暗物质模拟，我们探讨了这些影响的结构形成不同的粒子能量，我们发现，结构的形成比原来假设的更复杂，自上而下的崩溃和层次（自下而上）集群在多个尺度上的组合。一个场景相对于另一个场景更突出的程度取决于粒子的能量和局部分析区域的形态和结构。暖暗物质晕中存在的壳层和焦散线是模拟中看到的另一个重要效应。此外，我们讨论了热速度对结构形成的影响，从理论上考虑，以及从模拟分析。我们重新审视的假设时，估计的速度分散的温暖的暗物质粒子，已通过在以前的作品超过十年，我们给出了一个独立的估计速度。我们发现一些不一致的地方在以前发表的结果。暖暗物质粒子质量与其相应的速度色散之间的关系强烈依赖于模型，因此模拟结果对粒子质量的约束很弱。最后，我们回顾了技术上的困难，出现在温暖的暗物质模拟的方法可能的改进。
2015-06-23 astro-ph.CO
Primordial Black-Hole Dark Matter via Warm Natural Inflation
我们报告的自然暖膨胀范式（WNI）的研究。我们发现两个重要的新结果出现在这个模型。一是在不超过有效场论的普朗克尺度的情况下，满足观测对宇宙微波背景（CMB）的原始功率谱的约束。第二，WNI能在黑洞质量范围的黄金窗口（$10^{-16} -10^{-11}M_{\odot}$）内为原初黑洞（PBH）的产生提供完美的条件，在这个窗口内，WNI能在满足观测约束的前提下解释宇宙中所有的暗物质含量。
2022-10-25 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Warm Little Inflaton becomes Dark Energy
我们提出了一个模型，暴胀子场的行为就像在后期的精髓，产生目前阶段的加速膨胀。这是实现的框架内的温暖的通货膨胀，特别是温暖的小Inflaton的情况下，基本的对称性保证了一个成功的通货膨胀期间，在温暖的制度持续的耗散效应，而没有显着的反作用的标量势。这就产生了一个平滑的过渡到辐射主导的时期，在这一点上，耗散效应自然关闭，因为温度下降到直接耦合到暴胀子的费米子质量以下。暴胀后的动力学类似于一个解冻的精髓情景，在暴胀结束时没有激活阶段。这种情况下的观测签名包括修改后的张量-标量比和张量谱指数之间的一致性关系的典型的暖膨胀模型，变化的暗能量状态方程在低红移融化的精髓的情况下的特点，和相关的暗能量等曲率扰动。
2019-07-15 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
The critical dark matter halo mass for Population III star formation: dependence on Lyman-Werner radiation, baryon-dark matter streaming velocity, and redshift
第三星族恒星的临界暗物质晕质量（$M_{\rm crit}$）可以定义为典型的最小晕质量，它包含了第一颗恒星形成所需的足够冷的致密气体。Lyman-Werner（UV）辐射的存在，可以离解分子氢，以及重子-暗物质流动速度都通过增加$M_{\rm crit}$来延迟Pop III星的形成。在这项工作中，我们约束$M_{\rm crit}$作为莱曼-维尔纳通量（包括自屏蔽），重子-暗物质流，和红移的函数使用宇宙学模拟与大样本的晕，利用自适应网格细化（AMR）代码ENZO。我们提供了一个适合的$M_{\rm crit}$作为这些量的函数，我们希望是特别有用的早期星系形成的半解析模型。此外，我们发现：（i）在没有辐射或流的情况下，测得的$M_{\rm crit}$的红移依赖性是$(1+z)^{-1.58}$，与恒定维里温度一致;（ii）增加紫外背景会增加$M_{\rm crit}$，同时使红移依赖性变陡，直至$(1+z)^{-5.7}$ ;（iii）重子-暗物质流增强了$M_{\rm crit}$，但使对红移的依赖性变平;（iv）这两种效应的结合并不是简单的倍增。
2020-10-16 astro-ph.CO astro-ph.GA
Thermal relics as hot, warm and cold dark matter in power-law $f(R)$ gravity
研究了热遗迹作为热、暖、冷暗物质在$\mathscr{L}=\varepsilon^{2-2β}R^β+{16π}m_{\text{Pl}}^{-2}\mathscr{L}_m$引力场中的演化，其中$\varepsilon$是平衡场方程维数的常数，$1<β<(4+\sqrt{6})/5$表示能量密度和温度的正性.如果轻中微子作为热/暖遗迹，那么冻结时统计自由度的熵数$g_{*s}$和预测的分数能量密度$Ω_ψh^2$都依赖于$β-$，这使标准质量束缚$Σm_ν$松弛。对于冷遗迹，通过精确求解相对论和非相对论两种情况下的简化Boltzmann方程，我们证明了重中微子质量的Lee-Weinberg束缚可以得到相当大的放松，弱相互作用大质量粒子（WIMP）的“WIMP奇迹”随着$β$偏离$β=1^+$而逐渐失效.整个框架在极限$β\to 1^+$下简化为GR的框架。
2015-12-30 astro-ph.CO gr-qc hep-ph
Typical density profile for warm dark matter haloes
利用Salvador-Solé等人（2012）最近提出的（自下而上）层次晕生长模型，我们推导出了具有两种不同质量的非热无菌中微子的和谐暖暗物质（ΛWDM）宇宙学中具有多个相关质量的晕的典型球平均密度分布。预测的密度分布在小半径处变得平坦，正如从光谱截止的影响所预期的那样。核心不能解决，但是，因为非零粒子速度产生的最小质量的原晕在小节点，这在相应的半径无效的模型的碎片。
2012-07-09 astro-ph.CO
The Non-Linear Matter Power Spectrum in Warm Dark Matter Cosmologies
我们调查的非线性演化的物质功率谱使用一个大的高分辨率N体/流体动力学模拟。在初始条件下的线性物质的功率不断修改，以适应温暖的暗物质粒子，诱导一个小规模的切断功率相比，标准的冷暗物质的情况。这种热遗迹的影响是在小尺度上处理的，k > 1 h/Mpc，z < 5，这对下一代莱曼α森林，弱透镜和星系团调查特别重要。我们量化的质量和红移的温暖的暗物质非线性物质的功率的依赖性，我们提供了一个拟合公式，这是准确的，在2%的水平低于z=3和质量m_wdm > 0.5 keV。重子物理（冷却，恒星形成和反馈配方）的作用，对温暖的暗物质诱导的抑制也被量化。此外，我们将我们的研究结果与晕模型进行了比较，并显示了它们对宇宙剪切功率谱的影响。
2011-10-26 astro-ph.CO
