基于 CMB 能谱畸变对暗物质与标准模型粒子相互作用的约束
宇宙学与河外天体物理
2015-08-18 v2 高能物理 - 唯象学
摘要
我们提出一种新方法，用于约束早期宇宙中暗物质（DM）与标准模型粒子之间的弹性散射。非相对论性 DM 与光子的直接或间接热耦合会导致后者出现热沉。这造成宇宙微波背景（CMB）的能谱畸变，其幅度可达 DM 与光子数量比的数倍。针对一般的能量依赖截面和 DM 质量 m_DM >~ 1 keV，我们计算了由 DM-质子、DM-电子和 DM-光子散射引起的 CMB 能谱畸变。利用 FIRAS 测量，我们对 m_DM <~ 0.1 MeV 的截面给出了限制。特别地，对于能量无关散射，我们得到 sigma[DM-proton] <~ 10^(-24) cm^2 (keV/m_DM)^(1/2)、sigma[DM-electron] <~ 10^(-27) cm^2 (keV/m_DM)^(1/2) 以及 sigma[DM-photon] <~ 10^(-39) cm^2 (m_DM/keV)。具有 PIXIE 特征的设备可将灵敏区间扩展至质量 m_DM ~ 1 GeV。
引用
@article{arxiv.1506.04745,
title = {Constraints on dark matter interactions with standard model particles from CMB spectral distortions},
author = {Yacine Ali-Haïmoud and Jens Chluba and Marc Kamionkowski},
journal= {arXiv preprint arXiv:1506.04745},
year = {2015}
}
备注
Minor changes. Version accepted for publication in PRL