利用费米河外弥散伽马射线背景数据对暗物质湮灭与暗星形成的限制

有人提出，在第一代恒星形成过程中可能存在一个“暗星”阶段，该阶段恒星的能源来自暗物质湮灭。形成暗星的绝热收缩过程同时会导致宿主暗晕具有高度集中的密度轮廓，这可能增强暗物质的间接探测信号。在这项工作中，我们研究了具有这种暗星形成场景的暗物质湮灭产生的河外 $\gamma$ 射线背景，并利用费米-LAT 的各向同性 $\gamma$ 射线数据来限制暗物质的模型参数。结果受到第一代恒星形成率和暗星宿主暗晕后续演化效应的巨大不确定性影响。我们发现，在暗物质湮灭产生 $\gamma$ 射线的最乐观情况下，预期的河外 $\gamma$ 射线通量将增强 1-2 个数量级。在这种情况下，超对称暗物质的湮灭截面可被限制到热产生水平，而旨在解释正电子/电子超出的轻子暗物质模型可以被很好地排除。反之，如果正电子/电子超出来源于暗物质湮灭，那么早期宇宙环境使得没有暗星能够形成。