利用Hubble与Webb星系UV亮度探测超轻轴子暗物质的高红移小尺度测试

我们计算了在超轻轴子（ULA）暗物质（DM）存在下的UV亮星系丰度，发现轴子会抑制其形成，且对红移和亮度具有非平凡的依赖性。我们利用普朗克微波背景辐射（CMB）和UV亮度函数（UVLF）数据设定轴子DM的限制。我们排除了单个轴子作为全部DM的可能性，其对应的质量范围为$m_{ax} < 10^{-21.6}$ eV；并将质量在$-26 < \log( m_{ax}/{eV}) < -23$区间的轴子限制为不超过22%的DM（两种限制均基于95%置信度）。这些限制基于来自哈勃太空站（HST）的UVLF测量数据，涵盖24,000个源，探测红移$4 < z < 10$区间的小尺度结构。我们对连接暗核质量与UV亮度的参数模型进行边缘化处理，该模型已被证明能匹配水动力学模拟结果。我们的结果填补了轴子质量和DM比例在宏观CMB与星系聚类数据与小尺度Lyman-α林克之间 previously 未受约束的窗口。这些高红移测量为检验低红移轴子DM测试提供了强大的一致性检查，包括最近Lyman-α林克数据中亚占主导地位的ULA DM比例的暗示。我们还考虑了来自詹姆斯·韦伯太空站（JWST）的25个光谱确认的高红移星系样本。我们发现这些数据在假设ΛCDM及其灵活的UV亮度模型时，与HST UVLF数据一致。将HST与JWST UVLF数据联合并不超过HST单独数据所能提供的约束，但未来的JWST测量有望显著改善这些结果。我们还发现z<3时存在大量质量小于$10^9 M_\odot$的暗核，这类现象可通过亚星系结构探测（如星系流、卫星星系和强引力透镜）进行探测。