暗物质-重子第五力的天体物理观测
高能天体物理现象
2023-08-15 v4 高能物理 - 唯象学
摘要
我们考虑重子与暗物质(dark matter, DM)之间一种吸引性的长程汤川相互作用的效应，特别关注中子星(neutron stars, NSs)的温度与脉冲星计时观测。我们表明，这样一种第五力，若其强度在大于数十公里的范围（对应于媒介子质量小于）比引力适度更强，则相对于仅引力加短程相互作用，可极大地增强暗物质动能加热、俘获以及脉冲星计时多普勒偏移。利用最冷观测中子星与脉冲星计时阵列(pulsar timing array, PTA)数据，我们推导了在从轻暗物质到量级为太阳质量的复合暗物质天体的DM质量范围内对第五力强度的限制。我们还通过结合子弹星系团对DM自相互作用的限制与弱等效原理检验对重子自相互作用的限制，考虑了一个间接限制。我们发现，除考虑DM子成分的情形外，组合的间接限制比动能加热与PTA限制适度更强。
引用
@article{arxiv.2209.03963,
title = {Astrophysical Observations of a Dark Matter-Baryon Fifth Force},
author = {Moira I. Gresham and Vincent S. H. Lee and Kathryn M. Zurek},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.03963},
year = {2023}
}
备注
40 pages, 6 figures, v2: updated with analysis using another PTA dataset, figures updated, conclusions unchanged v4: updated Fig. 1 to include compact object limit, conclusions unchanged