来自黑暗的光：热暗扇区的历史

我们研究了一个场景，其中早期宇宙的膨胀由一个热的隐藏扇区（HS）驱动，其初始温度$T'$显著高于可见扇区（VS）的温度$T$，即$T' \gg T$。后者被假定由标准模型（SM）粒子组成，我们的主要关注点是暗物质（DM）可能是主导HS的一部分，并且其丰度由隔离冻结（secluded freeze-out）设定。特别是，我们研究了冻结后DM伴随粒子的后续演化和命运，直至VS的再加热。为了使这个场景更具体，我们在暗QED框架内工作，其中DM是Dirac费米子，其伴随粒子是大质量暗光子；SM和HS之间的耦合通过动力学混合实现。我们对VS再加热的不同机制进行了详细而全面的数值和解析分析。扩展和补充了Coy等人关于“热暗物质候选者领域”的工作，我们利用我们的结果来探索DM物质粒子及其伴随粒子（此处为暗光子）的可行参数空间。我们表明，当前和未来的固定靶实验可以探测膨胀由相对论性DM光子驱动的场景，即所谓的相对论性再加热。我们还对最大温度比$T'/T$设定了新的界限，并主张将该领域扩展到非常大的DM质量，$m_{\rm dm} \sim 10^{11}$ GeV。这些是可能的，假设DM湮灭受幺正性约束，并且VS的再加热恰好发生在大爆炸核合成之前。我们还讨论了重子产生的一些可能影响（和约束），包括简单的轻子产生机制，以及它们如何可能对DM候选者领域设置额外的约束。