多信使天文学对超重暗物质给出的限制

支持暗物质(DM)粒子存在的纯引力证据令人信服，其基于从星系尺度到宇宙学尺度的观测。迄今为止，有希望的弱相互作用大质量粒子图景一直未能被探测到，这促使人们寻求替代的DM模型。我们考虑涉及超重暗物质(SHDM)的图景，其可能由原始黑洞(PBHs)发射，并可以衰变或湮灭为超高能(UHE)中微子和光子。观测到能量 $E\ge 10^{11}$ GeV 的光子群将意味着全新物理现象的存在，或能为DM模型提供某些线索。只有超高能宇宙线观测台能够通过测量UHE光子诱发的广延空气簇射来探测此类UHE衰变产物。利用Pierre Auger天文台报道的在 $90\%$ 置信水平下、对超过 $10^{11.3}$ GeV 的UHE宇宙线通量的上限 $J(>10^{11.3}~{\rm{GeV}})< 3.6\times 10^{-5}$ km$^{-2}$sr$^{-1}$y$^{-1}$，我们得到了质量 $10^{15}\le M_{X} \le 10^{17}$ GeV 的DM粒子寿命的全局限制。此处推导的约束是新的，并覆盖了尚未被探索的参数空间区域。我们将我们的结果与未来POEMMA和JEM-EUSO实验的预计约束进行比较，以量化这些任务将带来的改进。此外，假设早期PBHs主导时期在引力波谱中引入一个唯一的光谱转折 $f_{\ast}$，其频率与SHDM质量相关，我们在 $f_{\ast}-M_{X}$ 参数空间上绘制了DM粒子质量的潜在探测与限制。