惰性中微子暗物质模型中的星系形成

我们研究了由惰性中微子构成暗物质（DM）的模型中的星系形成。鉴于其由惰性中微子质量 $m_{\nu}$ 与同活性中微子的混合参数 $\sin^2(2\theta)$ 组合所定义的巨大参数空间，我们聚焦于 $m_{\nu}=7$ keV 的模型，该模型与在多个星系团与星系的 X 射线谱中探测到的暂定 3.5 keV 谱线一致。我们考虑了 i) 两个共振产生模型，其 $\sin^2(2\theta)=5\,10^{-11}$ 与 $\sin^2(2\theta)=2\,10^{-10}$，以覆盖与 3.5 keV 谱线相符的混合参数范围；ii) 两个标量衰变模型，代表该情形下两种可能情形： freeze-in（冻入）与 freeze-out（冻出）情形。我们还考虑了粒子质量 $m_X=3$ keV 的热温暗物质。利用半解析模型，我们将不同 DM 情形的预言与广泛的可观测量进行比较。我们发现，将恒星质量函数的预言演化、类银河系星系卫星的丰度以及星系的整体恒星形成史与观测比较，无法将重子物理的效应与不同 DM 模型相关的效应区分开来。另一方面，恒星-晕质量比的分布、在 $z\gtrsim 6$ 处 UV 光度函数中暗弱星系的丰度，以及本地低质量星系的比恒星形成率与年龄分布，构成了对所考虑 DM 情形的潜在探测手段。我们讨论了即将建成的设施的下一代观测将如何能够排除或强力支持基于惰性中微子的 DM 模型。