Phenomenology of Dark Matter annihilation into a long-lived intermediate state
我们提出了一个方案，暗物质（DM）湮灭到一个中间状态，旅行的距离$λ\equiv v/Γ$的数量级的星系尺度，然后衰变到标准模型（SM）粒子。长的寿命分散的SM粒子的生产区远离银河系中心，因此，放松约束的伽玛射线观测规范湮灭的情况下。我们利用这一设置来解释电子和正电子过剩最近观察到的PAMELA，ATIC和费米。虽然在通常的DM湮灭的解释似乎与伽马射线观测相冲突，我们表明，在提出的方案，PAMELA/ATIC/费米的结果是一致的伽马射线数据。从衰变方案的区别discsussed，我们评论的DM生产在LHC的前景。中间态的典型衰变长度$λ\gtrsim 10$ kpc可以从一个被$Λ\sim 10^{13}$ GeV尺度所抑制的六维算符得到，这个尺度大致是中微子质量的跷跷板尺度。
2009-07-13 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Does the high-energy AMS-02 positron flux originate from the dark matter density spikes around nearby black holes?
The Education University of Hong Kong（香港教育大学）
本文探讨了高能AMS-02正电子通量可能源自附近黑洞周围暗物质密度峰值的可能性，并通过暗物质湮灭机制提出新解释。
2025-09-16 astro-ph.HE hep-ph
Dark matter constraints from box-shaped gamma-ray features
在伽马射线天空中观测到一个清晰的光谱特征将是识别暗物质和精确确定其性质的最干净的方法之一。多年来，人们对两个具体特征给予了很多关注，即伽马射线线和内部制动辐射。在这里，我们探索第三类光谱特征，盒形伽马射线光谱，自然产生于暗物质级联湮灭或衰变成中间粒子，然后衰变成光子。使用费米-LAT数据，我们推导出的暗物质参数空间的湮灭和衰减的暗物质的限制，并明确表明，我们的限制是竞争力的战略，采用标准的光谱特征。更重要的是，我们发现强大的限制，即使在非简并暗物质和中间粒子质量的情况下。这一结果在用伽马射线数据约束暗物质框架方面特别相关。最后，我们说明了电力箱形伽玛射线约束的具体粒子物理方案。
2012-07-24 astro-ph.HE hep-ph
Dark Matter Annihilation around Intermediate Mass Black Holes: an update
黑洞的形成和演化不可避免地影响到黑洞附近暗物质和重子物质的分布。这些效应可能在超大质量和中等质量黑洞（IMBH）周围特别相关，IMBH的形成可以导致大的暗物质超密度，分别称为{\em spikes}和{\em mini-spikes}。尽管尖峰更大、更密集，但它是在星系晕的中心演化出来的，在那里，许多动力学效应往往会破坏它们。微型尖峰可能更有可能存活下来，它们已被提议作为间接暗物质搜索的有价值的目标。我们在这里审查的形成方案和检测的微型尖峰的前景，我们提出了新的估计的丰度的微型尖峰，以说明这种预测的宇宙学参数和天体物理学的不确定性的黑洞形成在高红移的敏感性。我们还将IMBHs方案与PAMELA，ATIC，H.E.S.S.，费米合作。
2009-05-28 astro-ph.HE
Diffuse astrophysical neutrinos from dark matter around blazars
Università di Bologna（博洛尼亚大学）；INFN, Sezione di Bologna（意大利国家核物理研究所博洛尼部分所）
研究通过暗物质与喷流中质子的相互作用产生高能中微子，解释IceCube观测到的中微子通量，并在高能范围内达到饱和。
2026-01-12 astro-ph.HE hep-ph
Constraining the population of intermediate mass black holes by gamma-ray data of the Fornax cluster
最近对合并黑洞的研究表明，原始黑洞（PBH）的宇宙学质量分数并不是完全可以忽略的。PBH的质量可以和中等质量的黑洞（IMBH）一样大。在这篇文章中，我们假设暗物质粒子是热遗迹粒子，它们可以自我湮灭。IMBH周围的暗物质可能已经形成了密度尖峰，因此暗物质湮灭的速度将大大提高。利用天炉座星系团的伽马射线数据，并假设星系团中的合并事件并不重要，我们表明，与重子和暗物质的数量相比，IMBH（包括PBH）的数量是非常次主导的。对于$m_{\rm DM} \le 10$ TeV，IMBH与重子的比率上限是$\sim 7\times 10^{-4}$。
2018-09-10 astro-ph.HE
Intermediate mass-ratio inspirals in a dense dark-matter environment: Effects of the initial dark-matter distribution
University of Virginia（弗吉尼亚大学）
本文研究了中间质量比 inspiral 在密集暗物质环境中的相位延迟效应，通过建模吸积和先前并合事件对初始暗物质分布的影响，探讨了其对引力波信号的潜在影响。
2026-02-07 astro-ph.HE gr-qc
Annihilating dark matter or noise?: A statistical examination of the Fermi GeV excess around the Galactic Centre
银河系中心周围的过量费米GeV辐射被解释为湮灭暗物质的可能特征。在这里，我们分析了三个方面的这一说法：它的光谱截止，声称的信号和已知的噪声成分的光谱形状之间的相关性，以及它的亮度分布。实验上，GeV过量和已知噪声源之间存在的相关性使得很难得出结论，即在没有独立的直接检测确认的情况下可以做出暗物质信号声明。作为一种可能的前进方式，我们介绍了三个标准，可能有助于验证伽马射线中的暗物质湮灭信号。
2014-11-26 astro-ph.HE
Forbidden Dark Matter Combusted Around Supermassive Black Hole
本文提出禁戒暗物质在超大质量黑洞周围可被加速而重新激活湮灭，产生光子信号，并利用Fermi-LAT对Sgr A*的数据给出初步约束。
2023-11-15 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ex
Indirect Evidence for Dark Matter Density Spikes around Stellar-Mass Black Holes
长期以来，人们一直认为暗物质会在黑洞周围形成密度尖峰。然而，迄今为止还没有观察到有希望的证据来验证这一理论建议。在这里，我们报告了附近两个恒星质量黑洞（A0620-00和XTE J1118+480）周围存在的暗物质密度尖峰。暗物质与伴星之间的动力学摩擦可以满意地解释这两个双星异常快速的轨道衰变。A0620-00和XTE J1118+480的尖峰指数分别为$γ=1.71^{+0.01}_{-0.02}$和$γ=1.85^{+0.04}_{-0.04}$，与恒星加热模型预测的低区接近。这可能为恒星质量黑洞周围存在暗物质密度尖峰提供了一个可能的间接证据。我们期望分析邻近黑洞X射线双星的观测数据将是揭示暗物质性质的一种新方法。
2022-12-12 astro-ph.HE
A new probe of dark matter properties: gravitational waves from an intermediate mass black hole embedded in a dark matter mini-spike
中等质量黑洞（IMBH）周围可能有一个暗物质（DM）迷你晕，并在距离IMBH不到一秒差距的范围内发展出一个尖刺状结构。当一个恒星质量的物体被小晕捕获时，由于引力波的反作用，它最终会落入这样的IMBH中，而这反过来又可以通过未来的星载引力波实验（如eLISA/NGO）直接观察到。在本文中，我们表明，GW的可探测性强烈依赖于DM分布的径向轮廓。因此，如果检测到GW，则将非常准确地确定功率指标，即DM密度分布。获得的DM密度分布将清楚地表明IMBH是如何从种子BH演变而来的，以及IMBH过去是否经历过重大合并。与DM湮灭的伽马射线观测不同，GW仅对DM分布的径向轮廓敏感，甚至对非相互作用DM敏感。因此，我们在这里证明的效果可以作为一个新的和强大的探测DM属性。
2013-05-31 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Effects of the interaction of dark matter and neutron-star matter on extreme and intermediate mass-ratio inspirals
University of Virginia（弗吉尼亚大学）
本文研究暗物质与中子星物质的相互作用对极端和中等质量比旋进引力波的影响，发现其存在独特特征，或可被天基探测器观测区分，为暗物质研究提供新途径。
2026-08-28 astro-ph.HE gr-qc hep-th
Superheavy dark matter and IceCube neutrino signals:bounds on decaying dark matter
超重暗物质可能会在地球上探测到的高能中微子信号中显示出它的存在。从冰立方的最新结果来看，我们可以在$10^{28} {\rm sec}$附近设定超过100 TeV的暗物质寿命的最强下限。PeV周围的过量被注意到，并且可以被解释为DM的第一信号，即使邀请进一步的确认和专门的搜索。
2015-07-27 astro-ph.HE hep-ex hep-ph
Dark Matter Mini-halo around the Compact Objects: the Formation, Evolution and Possible Contribution to the Cosmic Ray Electrons/Positrons
暗物质粒子可能被恒星捕获，然后在恒星的核心热化。在生命的尽头，一颗大质量恒星突然坍缩，形成一个致密的物体。暗物质粒子相应地重新分布。在非弹性暗物质模型中，可能会在中子星周围形成一个扩展的致密暗物质迷你晕。这样的小晕在银河系中可能很常见。然而，导致暗物质粒子湮灭的电子/正电子通量无法产生可观测的信号，除非新生的迷你晕在距离地球\sim几个0.1 pc的距离内。
2011-12-19 astro-ph.HE
Dark matter minispike: a significant enhancement of eccentricity for intermediate-mass-ratio-inspirals
当一个大质量致密天体，如一个黑洞（BH），螺旋进入一个中等质量黑洞（IMBH），一个中等质量比螺旋（IMRI）系统形成。这类系统是LISA、太极、天琴等天基引力波探测器的重要光源。暗物质（DM）迷你尖峰可能会在IMBH周围形成。我们研究了动力摩擦对DM小尖峰的偏心IMRI演化的影响。为此，我们建立了描述偏心IMRI在动力摩擦作用下演化的动力学方程。由于小速度时动力摩擦较大，因此在近点附近能量耗散大于近点附近。这将大大提高偏心率。例如，初始直肠半横肌为$1\rm AU$，即使是中度DM小峰也会使偏心率从$0.3$增长到$0.85$。在极端情况下，偏心率可以提高到接近$1$。我们还研究了一个球状星团中心IMRI的特殊情况，发现在IMRI进入LISA带之前，偏心率可以保持在$0.95$以上。在$10^{-3}\rm Hz$上，由于偏心率的差异，这些偏心率被DM小尖峰增强的引力波与没有DM的引力波很容易区分。这些预期可以通过未来的天基GW探测器（如LISA）进行测试。
2019-08-27 astro-ph.HE
Comparing Accretion Disks and Dark Matter Spikes in Intermediate Mass Ratio Inspirals
本文首次在中等质量比旋近系统中同时建模吸积盘与暗物质尖峰，通过偏心率演化、制动指数和失相指数区分二者对引力波信号的影响。
2023-03-09 astro-ph.HE gr-qc hep-th
The Distribution and Annihilation of Dark Matter Around Black Holes
我们使用蒙特卡罗代码来计算Kerr黑洞周围的测试粒子的测地线轨道，产生一个分布函数的束缚和未束缚的暗物质粒子的人口。从这个分布函数，我们计算湮灭率和观测到的伽马射线光谱的几个简单的暗物质模型。这些光谱的特征对黑洞自旋、观测者倾角以及暗物质湮灭截面和密度分布的详细性质都很敏感。重复早期的分析工作，我们发现，对于快速旋转的黑洞，碰撞彭罗斯过程可以达到效率超过$600\%$，导致湮灭谱中的高能量尾巴。视界周围区域的高粒子密度和大的固有体积确保了观测到的来自这些极端事件的通量是不可忽略的。
2015-06-22 astro-ph.HE
General relativistic effects on photon spectrum emitted from dark matter halos around primordial black holes
本文研究了原初黑洞周围暗物质晕发射光子谱的广义相对论效应，发现引力红移导致的谱线展宽可作为独特观测特征，为混合暗物质场景提供关键证据。
2025-04-01 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Secondary accretion of dark matter in intermediate mass-ratio inspirals: Dark-matter dynamics and gravitational-wave phase
本文重新审视了中等质量比双星中次级黑洞吸积暗物质对引力波的影响，提出并实现了一种在吸积时移除暗物质粒子的反馈方法以确保质量守恒，发现该方法虽减小了引力波去相移，但仍可达数百至近千个周期，足以通过引力波测量推断吸积效应。
2024-01-05 astro-ph.HE gr-qc
Extracting Properties of Dark Dense Environments around Black Holes from Gravitational Waves
Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究所）
本文提出一种新方法，通过引力波振幅、频率及其时间导数来量化黑洞周围暗物质致密环境对伴星轨道演化的影响，从而提取暗物质性质。
2026-04-21 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Optical variability of the accretion disk around the intermediate mass black hole ESO 243-49 HLX-1 during the 2012 outburst
我们提出了专门的准同步X射线（斯威夫特）和光学（甚大望远镜（VLT），V-和R-波段）观测的中间质量黑洞候选人ESO 243-49 HLX-1之前和期间的2012年爆发。我们表明，V-波段的幅度随时间变化，从而证明所观察到的发射起源于吸积盘的一部分。利用HLX-1的第一次静态光学观测，我们发现HLX-1周围的恒星星族比V~25.1和R~24.2更暗。我们发现，光辐射可能会增加之前的X射线发射与Lasota等人（2011年）提出的方案一致，其中定期爆发可能与通过在近星点的恒星围绕中等质量黑洞在偏心轨道，这触发了质量转移到一个准永久的吸积盘周围的黑洞。此外，如果在X射线发射中确实存在延迟，则我们估计传质传递半径为~ 1 e11 cm。
2013-11-27 astro-ph.HE
Polarized equatorial emission and hot spots around black holes with a dark matter halo
本研究模拟带暗物质晕的黑洞吸积盘极化，发现直接图像偏差小于1%，间接图像偏差小于10%，表明探测暗物质影响极具挑战。
2025-03-27 astro-ph.HE gr-qc
Simulations of the tidal interaction and mass transfer of a star in an eccentric orbit around an intermediate-mass black hole: the case of HLX-1
螺旋星系ESO 243-49附近的X射线源HLX-1是目前最好的中等质量黑洞候选者。它的最大热辐射光度为$10^{42}$ erg s $^{-1}$，这意味着它的质量流入率为$\sim10^{-4}$ MSun yr $^{-1}$，但这个质量的来源尚不清楚。有人提出，有一颗恒星在围绕黑洞的偏心轨道上，在近心点转移质量。为了研究这个系统的轨道演化，我们进行恒星演化模拟使用台面和SPH模拟的恒星轨道周围的一个中等质量的黑洞使用FI。我们使用amuse框架运行并耦合这些模拟。我们发现，质量损失通过第一和第二拉格朗日点，有一个延迟的近心点通道和峰值质量损失事件之间的时间长达10天。我们在模拟中发现的轨道演化时间尺度比分析模型预测的要大，但这些模型落在我们结果的误差范围内。尽管轨道演化很快，但我们无法重现观测到的爆发期变化。我们的结论是，在恒星轨道的变化与系统参数的研究在这里是无法解释所有观察到的功能HLX-1。
2015-10-07 astro-ph.HE
Dark matter: an efficient catalyst for intermediate-mass-ratio-inspiral events
如果一个致密的恒星，如黑洞（BH）或中子星，螺旋进入一个$(10^3 \sim 10^5)\,M_\odot$的中等质量黑洞（IMBH），就可以产生引力波（GW）。这样的系统可能在球状星团（GC）或核星团（NSC）的中心产生，被称为中间或极端质量比螺旋（IMRI或EMRI）。最近的建议，暗物质minispikes可能会形成周围IMBH的动机，我们研究了对DM的合并率的IMRI/EMRI的动力学摩擦的效果。我们发现IMBH与BH和NS的合并时间尺度将缩短两到三个数量级。因此，IMRI/EMRI的事件率相对于没有DM小尖峰的情况下提高了几个数量级。在最极端的情况下，IMBH很小，并且DM迷你峰具有陡峭的密度分布，GC和NSC中的所有BH可能会耗尽，因此与NS的合并将主导当前的IMRI/EMRI。我们的研究结果表明，低于$10^4 \,M_\odot$的IMBH的质量函数将带有DM迷你峰分布的印记，因为这些低质量的IMBH可以通过与BH和NS合并而在DM迷你峰的存在下有效地生长。未来的天基GW探测器，如LISA，太极和天琴，可以测量IMRI/EMRI率，从而限制DM在IMBH周围的分布。
2019-04-01 astro-ph.HE gr-qc
Intermediate-mass-ratio inspirals with general dynamical friction in dark matter minispikes
University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；The International Centre for Theoretical Physics Asia-Pacific, University of Chinese Academy of Sciences（亚太理论物理中心，中国科学院大学）；National Astronomical Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院国家天文台）；Institute of Theoretical Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院理论物理研究所）
针对暗物质微尖峰环境中的中等质量比旋进（IMRI），研究广义动力学摩擦（含快于恒星级黑洞的暗物质粒子贡献）对其轨道偏心率及引力波特征应变的影响，首次建立特征应变频率峰值与微尖峰幂律指数的关系，为通过引力波探测暗物质提供可能。
2025-04-10 astro-ph.HE
Gravitationally Focused Dark Matter Around Compact Stars
如果暗物质自我湮灭，那么当它的密度很高时，它可能会产生可观测到的信号。细节取决于暗物质的内在属性以及它如何在空间中聚集。例如，某些暗物质候选者的密度轮廓可能会在朝向银河系中心的方向上急剧上升，以至于自湮灭产生可检测到的伽马射线辐射。在这里，我们讨论了湮灭信号可能出现在紧凑物体附近的可能性（例如，中子星或黑洞），即使当物体附近的暗物质密度均匀时也是如此。引力聚焦产生局部密度增强，其轮廓大约随着与致密恒星距离的平方根倒数而下降。虽然几何稀释可能会压倒来自这种局部增强的湮灭信号，但与紧凑对象相关的磁场可以增加信号相对于背景的对比度。
2011-12-11 astro-ph.GA astro-ph.HE
La Freccia Rossa: An IR-dark cloud hosting the Milky Way intermediate-mass black hole candidate
高速致密分子云CO-0.40-0.22的动力学被解释为距离Sgr A* 60 pc以内的$\sim10^{5}M_{\odot}$黑洞的证据。最近，Oka等人已经确定了一个紧凑的毫米连续源，CO-0.40-0.22*，与这个候选黑洞。在这里，我们提出了在这个位置的无线电和红外数据的整理。ATCA的无线电频谱的限制，并检测到一个中红外对应，是在紧张与Sgr A*-类似的模型CO-0.40-0.22*，尽管相当的测辐射热爱丁顿光度比下的IMBH的解释。然而，原恒星盘的假设是成立的。CO-0.40-0.22（*）与箭头形的红外暗云（我们称之为Freccia Rossa）有关。射电连续谱观测揭示了一个与该系统相关的候选HII区。如果CO-0.40-0.22的$V_{\rm LSR}\approx70$ km s $^{-1}$系统速度对于整个Freccia Rossa系统是共同的，我们假设它是从星系晕坠入银河系的高速云的残余。
2017-10-10 astro-ph.GA astro-ph.HE
Gravitational radiation reaction around a static black hole surrounded by a Dehnen type dark matter halo
The Institute for Research in Fundamental Sciences (IPM)（伊朗基础科学研究所）；Dipartimento di Fisica e Astronomia, Alma Mater Università di Bologna（博洛尼亚大学物理与天文学系）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, I.S. FLaG, Sezione di Bologna（意大利国家核物理研究所博洛尼亚分部）；Alma Mater Research Center on Applied Mathematics (AM 2 )（阿尔玛·mater应用数学研究中心）；Università di Camerino, Divisione di Fisica（卡梅里诺大学物理系）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Perugia（意大利国家核物理研究所佩鲁贾分部）；INAF - Osservatorio Astronomico di Brera（意大利国家天体物理研究所布雷拉天文台）；Al-Farabi Kazakh National University（法拉比哈萨克国立大学）
研究了静态黑洞周围德亨类型暗物质晕中极端质量比环形轨道的引力辐射反应及轨道参数演变。
2026-02-08 astro-ph.CO astro-ph.HE gr-qc
Dark Matter Density Spikes around Primordial Black Holes
我们发现，密度尖峰开始形成从暗物质粒子周围的原始黑洞后，立即形成在辐射主导的宇宙学阶段。这是因为在粒子的热速度分布中，有低速粒子保持在黑洞周围的有限轨道上，不参与宇宙膨胀。这种粒子在黑洞附近的聚集会引起密度峰值。这些尖峰比那些后来通过二次吸积机制形成的尖峰密度要大得多。密度峰值一定是明亮的伽马射线源。将粒子湮灭的计算信号与费米-LAT数据进行比较，发现质量为$M_{\rm BH}\geq10^{-8}M_\odot$的原始黑洞的当前宇宙学密度参数的范围从$Ω_{\rm BH}\leq1$到$Ω_{\rm BH}\leq10^{-8}$不等，具体取决于$M_{\rm BH}$。这些约束比其他已知约束严格几个数量级。
2017-01-08 astro-ph.CO astro-ph.HE
Formation of Dark Matter Torii Around Supermassive Black Holes Via The Eccentric Kozai-Lidov Mechanism
研究了长期扰动对超大质量黑洞（BH）双星周围暗物质粒子分布的影响。我们表明，在分层（分离）三体问题，黑洞和暗物质粒子之一，形成一个内部的二进制。来自黑洞伴星的引力扰动，在一个更宽的轨道上，可以导致暗物质粒子达到极高的离心率，甚至通过所谓的偏心Kozai-Lidov（EKL）机制吸积到黑洞上。我们表明，这可能会产生一个环面状配置的暗物质分布在质量较轻的成员的BH二进制。我们首先考虑在我们银河系中心附近的中间BH（IMBH），它可能是过去小合并的遗迹。我们表明，如果IMBH足够接近（即，在恒星盘附近），EKL机制非常有效地将近极配置中的暗物质粒子的离心率激发到极高的值，其中它们被IMBH吸积。我们表明，这种机制是更有效的，如果中央BH的质量增长，我们假设绝热增长。由于近极结构被破坏，形成了一个类似圆环的形状。我们还表明，这种行为也可能是相关的超大质量BH双星。我们认为，如果黑洞是旋转的，吸积的暗物质粒子可能会在能层中徘徊，从而可能产生自湮灭，并产生潜在的利益的间接签名。
2014-09-18 astro-ph.CO astro-ph.GA astro-ph.HE
