作为暗物质的隐藏扇区氢：小尺度结构形成预测与超精细相互作用的重要性

我们研究了一个模型的原子物理与天体物理意义，在该模型中暗物质是隐匿扇区中氢的类似物。暗物质粒子之间的自相互作用包括弹性散射以及由超精细跃迁引起的非弹性过程。自相互作用截面通过数值求解该系统的耦合 Schrödinger 方程来计算。我们表明这些自相互作用表现出正确的速度依赖性，可以解释小星系中观测到的低暗物质密度核，同时与星系团观测的所有约束条件保持一致。对于可行的解，暗氢质量必须在 10--100 GeV 范围内，且暗精细结构常数必须大于 0.02。正是对于这一参数范围，我们表明由于到超精细态的非弹性激发及随后的衰变，可能会发生显著的冷却损失，这对低质量晕的演化和超大质量黑洞的早期增长具有重要意义。在星系团尺度上，由于暗氢到更高 $n$ 能级的激发及随后的衰变，冷却也是可能的，且对晕质量有强烈的依赖性。最后，我们表明对于参数空间的可行区域，最小晕质量在 $10^{3.5}$ 至 $10^7 M_\odot$ 范围内，显著大于弱相互作用暗物质模型的典型预测值。这种宇宙学结构形成中的可观测模式是该模型所独有的，使得确认或排除隐藏扇区氢作为可行暗物质模型成为可能。