冷还是暖？利用原初星系与普朗克后的宇宙再电离约束暗物质
宇宙学与河外天体物理
2015-09-16 v1
摘要
暗物质构成了宇宙中物质内容的绝大部分，但其微观本质仍是一个引人入胜的谜团，对粒子物理、天体物理和宇宙学具有深远影响。在此，我们结合哈勃空间望远镜对高红移 z~10 的星系光度函数的测量与普朗克任务近期关于宇宙再电离历史的宇宙学数据，阐明了暗物质是温还是冷这一长期存在的问题。我们推导了温暗物质粒子质量的稳健且严格的界限，发现当前数据要求其在 2 至 3 keV 的狭窄范围内。此外，我们表明不超过 3 keV 的质量也同时被与银河系大小星系中本地卫星数目相关的天体物理约束所指示，尽管其与莱曼阿尔法森林的分析存在边际张力。对于高于 3 keV 的温暗物质以及冷暗物质，要满足普朗克对光深的限制并避免卫星问题，就需要诉诸于抑制质量 M_H< 几×10^8 M_sun 的暗物质晕中星系形成的天体物理过程，对应于极限 UV 星等 M_UV~-11。无论如何，我们预言在 z~8 且比 M_UV~-12 更暗处星系光度函数出现下降，并强调其详细形状对粒子物理以及小晕中星系形成的天体物理都极具信息量。这些预期将通过哈勃前沿场以及詹姆斯·韦伯空间望远镜的到来得以检验，后者将能探测到 z~8-10 的星系光度函数极暗端。
引用
@article{arxiv.1508.02147,
title = {Cold or Warm? Constraining Dark Matter with Primeval Galaxies and Cosmic Reionization after Planck},
author = {A. Lapi and L. Danese},
journal= {arXiv preprint arXiv:1508.02147},
year = {2015}
}
备注
19 pages, 7 figures, uses jcappub.sty. Accepted by JCAP