衰变矢量暗物质作为星系团 3.5 keV 谱线的解释

我们提出了一种矢量暗物质 (VDM) 模型，用以解释最近在 XMM-Newton 天文台对星系团的观测数据中发现的 3.5 keV 谱线。在该模型中，暗物质由两个矢量玻色子 $V$ 和 $V^\prime$ 组成，它们通过有效的广义 Chern-Simons 耦合 $g_V$ 与光子耦合。$V^\prime$ 略重于 $V$，其质量分裂为 $m_{V^\prime}-m_V\simeq 3.5$~keV。$V^\prime$ 衰变为 $V$ 和一个光子从而产生了 3.5~keV 谱线。$V$ 和 $V^\prime$ 的产生发生在早期宇宙的 freeze-in 框架内，通过有效的 $g_V$ 耦合在 $m_{V^\prime}<T<\Lambda$ 时进行，其中 $\Lambda$ 是有效 $g_V$ 耦合不再有效的截断能标。我们引入了一个高能模型，该模型在低能下产生了 $g_V$ 耦合。为此，$V$ 和 $V^\prime$ 分别被提升为自发破缺的新 $U(1)_V$ 和 $U(1)_{V^\prime}$ 规范对称性的规范玻色子。高能部分包括毫电荷手征费米子，它们通过三角图在低能下导致 $g_V$ 耦合。