费米子暗物质的宇宙学

我们探索了一种费米子暗物质粒子族模型，该粒子族在至少所有标准模型粒子处于平衡状态时与其余粒子退耦。我们计算了质量和化学势的允许范围，使其与具有暗能量的平坦宇宙的大爆炸核合成 (BBN) 计算及 WMAP 数据相容。此外，我们估算了费米子和反费米子的自由流长度，以便与大尺度结构 (LSS) 数据进行比较。我们发现，对于在所有标准模型粒子存在时退耦的暗物质，即使是最不严格的 BBN 计算与 WMAP 结果的组合，也允许我们将初始暗物质化学势限制为暗物质温度的最高 6.3 倍。在这种情况下， resulting 质量范围至多为 1.8 eV < m < 53 eV，其中上限随退耦时的有效自由度线性缩放。从 LSS 我们发现，类似于普通的温暗物质模型，粒子质量必须大于约 500 eV（意味着退耦时的有效自由度必须 > 1000）才能与高红移处的 Ly alpha 森林观测相容，但暗物质化学势与温度的比值仍可超过 unity。