MeV 量级 τ 中微子的约束及其宇宙学意义

我们指出具有 MeV 量级质量的 τ 中微子可能带来的天体物理后果：（i）如果它带有微小电荷，从而可能成为宇宙冷暗物质，那么现有的 511 keV 伽马射线线限将排除它贡献 $\Omega_{\nu_{\tau}}$ 在 0.1 到 1 之间的可能性，使其不适合作为冷暗物质候选者；（ii）如果电中性的 MeV 量级 $\nu_{\tau}$ 衰变为 $\nu_e + \chi$（其中 $\chi$ 是无质量玻色子），那么其寿命受 SN1987A 观测约束，处于窗口 $.05~\text{sec} \leq \tau(\nu_{\tau}) \leq 300~\text{sec}/(m_{\nu_{\tau}}~\text{in}~\text{MeV})$ 内，这个范围从结构形成的角度来看可能具有意义。受 (ii) 中允许范围与 Dodelson 等人提出的结构形成机制所需范围重叠的鼓舞，我们寻找标准模型的简单扩展，其中这样的质量和寿命可能以自然参数出现，并表明现有的单态 majoron 模型和低能标左右对称模型具有此性质。我们还评论了可能的家族子（familon）模型。