宇宙微波背景辐射对轻质量暗物质候选者的限制

揭示宇宙暗物质（DM）的本质是宇宙学中的一个紧迫问题。在此，我们利用一种基于搜索最有望的暗物质候选者（质量为 1-20 GeV 的稳定弱相互作用大质量粒子 WIMP）的湮灭所沉积能量在宇宙微波背景辐射温度和偏振能谱上留下的印记的策略。与以往类似研究相比，主要改进在于对湮灭级联及其在宇宙气体中的能量沉积进行了详细处理。这一点至关重要，因为该量与湮灭截面$\langle\sigma v\rangle$存在简并。最强的限制来自于对结合 WMAP7 和 SPT 数据集（直至$l_{\rm max} = 3100$）的蒙特卡罗马尔可夫链分析。如果湮灭通过$e^+e^-$通道发生，则在上述质量范围内，轻质量 WIMP 作为可行的暗物质候选者在 2$\sigma$置信水平下被排除。然而，如果湮灭改为通过$\mu^+\mu^-$或$\tau^+\tau^-$通道发生，我们发现质量$> 5$ GeV 的 WIMP 可能代表可行的宇宙学暗物质候选者。我们将本研究获得的结果与文献中广泛采用的能量沉积过程解析简化模型所得结果进行了比较，发现真实的能量沉积描述可使最终的限制结果产生高达 60% 的影响。