从暗物质与光子相互作用对其质量的限制

在这项工作中，我们探讨了与光子（$\gamma$）相互作用的广义暗物质（GDM）的唯象学。我们假设暗物质在已经变为非相对论性时与 $\gamma$ 建立弹性散射，否则当前观测不支持今日的暗物质丰度。在此场景下，暗物质的状态方程（EoS）由其质量（$m_\chi$）和暗物质-$\gamma$ 散射截面决定。暗物质非零状态方程在 CMB 角功率谱上的独特印记使我们能够仅利用 Planck 2018 数据设定 $m_\chi$ 的下限，即在 $95\%$ 置信水平下 $m_{\chi} > 8.7$ keV。在宇宙一致性问题的研究中，我们发现 GDM 场景保持了基准 $\Lambda$CDM 模型所预言的声视界（$r_s(z_*)$），因此并未解决 $H_0$ 张力。当进行 Planck+LSS 数据集的联合分析时，最佳拟合值 $S_8= 0.785\pm 0.017$ 与给定的 $S_8$ 先验值紧密匹配。这表明 GDM 场景可被视为恢复 $S_8$（$\sigma_{8}$）张力的可行候选方案。