基于星系团热力学约束暗物质-质子相互作用交叉截面

具有非零暗物质（DM）-质子相互作用截面的暗物质模型意味着DM与质子之间存在能量传递。我们提出了一种新方法，用于基于星系团热力学约束DM-质子相互作用截面和DM粒子质量，适用于速度无关相互作用。如果星系团中的质子气体处于热力学平衡且DM冷却质子，则该冷却速率受到其他机制净加热速率的限制。我们使用来自REFLEX星系团样本（MCXC目录中发现的X射线星系团）的质量估计，并结合Atacama Cosmology Telescope（ACT）目录中选取的太阳曼德尔-齐尔德（SZ）星系团目录。该方法给出DM-质子相互作用截面的95%上限，对于速度无关相互作用，DM质量为$10^{-4} - 10^{-1}$ GeV时，$\sigma_0 \leq 9.3\times 10^{-28} \mathrm{~cm^2}$。这些约束在此质量范围内与现有最佳约束相差一个数量级，作为补充、独立的约束。我们还将该模型应用于部分相互作用DM情形，其中仅有10%和1%的DM具有相互作用性。与其他方法不同，此约束随相互作用比例呈线性缩放。这一结果给出了$\sigma_0 \leq 1.1\times 10^{-26} \mathrm{~cm^2}$和$\sigma_0 \leq 8.2\times 10^{-26} \mathrm{~cm^2}$的95%上限，这是该情形下最强的现有约束。本文作为概念证明。即将到来的SZ测量将为星系团提供温度剖面。将这些测量与更复杂的热力学模型结合，可能导致更稳健的约束。