从强引力透镜推断暗物质粒子质量的正向建模方法

结构形成的冷暗物质（CDM）模型的一个基本预言是存在延伸至亚太阳质量的大量暗物质晕。相比之下，其他暗物质模型，如温热能遗迹（WDM），预言质量函数在某一质量处截断，对于流行模型，该质量大致介于 $10^7$ 与 $10^{10}~{\rm M}_\odot$ 之间。我们利用模拟观测证明一种正向建模方法的可行性，以提取位于星系-星系强透镜视线方向上的低质量暗物质晕的信息。这可用于约束热能遗迹暗物质粒子的质量 $m_\mathrm{DM}$。利用 50 个哈勃空间望远镜分辨率的强透镜且最大像素信噪比为 $\sim50$，对于类 CDM 模型（晕质量截断在 $10^{7}~{\rm M}_\odot$）预期的 median 2$\sigma$ 约束为 $m_\mathrm{DM} > 4.10 \, \mathrm{keV}$（50% 几率将 $m_{\rm DM}$ 约束到优于 4.10 keV）。然而，若暗物质为 $m_\mathrm{DM}=2.2 \, \mathrm{keV}$ 的温粒子，我们的“近似贝叶斯计算”方法将得出 $m_\mathrm{DM}$ 介于 1.43 与 3.21 keV 之间的中位估计。我们的方法可推广到未来望远镜将观测到的大样本强透镜，并可能排除标准的宇宙起源 CDM 模型。为协助未来巡天设计，我们量化了这些约束如何依赖于数据质量（空间分辨率与积分时间）以及透镜几何（源与透镜红移）。