基于红外光谱的 eV 暗物质间接探测

红外光谱技术已取得显著发展。特别是，在最先进的摄谱仪中，红外光子可被以高光谱与角分辨率测量。它们对超出标准模型的粒子（如暗物质（DM））衰变与湮灭所产生的单色光子敏感，而对构成连续谱的本底光子不敏感。本文中，我们研究利用红外摄谱仪对衰变至红外光的暗物质进行间接探测。我们特别表明，严重的热噪声与天体物理噪声可被克服。作为具体示例，讨论了安装于 Magellan Clay 6.5m 望远镜的 Warm INfrared Echelle spectrograph to Realize Extreme Dispersion and sensitivity (WINERED) 以及詹姆斯·韦伯空间望远镜 (JWST) 上的 Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec)。我们表明，利用 Magellan 望远镜中的 WINERED（类 NIRSpec 摄谱仪）对暗弱矮椭球星系进行数小时测量，可探测质量范围 $m_\phi=1.8 - 2.7\,$eV ($0.5-4\,$eV)、光子耦合 $g_{\phi\gamma\gamma}\gtrsim 10^{-11}{\rm GeV}^{-1}$ 的类轴子粒子暗物质。还提出了利用高分辨率的补充方法，如信号光子线的多普勒频移测量，以及利用 8.2m 昴星团望远镜上的 Infrared Camera and Spectrograph (IRCS) 对银河系中心附近暗物质衰变的可能搜寻。