暗物质的多步级联湮灭与银河系中心超出

如果暗物质嵌入在一个非平凡的暗区中，它可能湮灭或衰变为较轻的暗区态，随后这些态再衰变为标准模型粒子。此类场景——即湮灭后跟随级联的暗区衰变——可以解释在银河系中心观测到的明显 GeV 伽马射线超出，同时规避暗物质直接探测实验的限制。级联中的每一个“步骤”都会改变暗物质湮灭和衰变的可观测特征，将产生的光子及其他末态粒子移至更低能量并展宽其能谱。我们以模型无关的方式探讨了多步暗区级联对解释 GeV 超出所偏好的参数空间区域的影响。我们发现，多步级联的展宽效应允许末态由通常会产生过于尖锐光子能谱的粒子主导；一般而言，如果级联是分层的（即每个粒子衰变为质量显著更轻的粒子），在所有情况下暗物质的偏好质量范围均为 20-150 GeV。具有近简并步骤（即产物质量接近母粒子质量的一半）的衰变链则允许更高的暗物质质量。我们绘制了级联（简并、分层或二者组合）能够拟合信号的质量/截面参数空间区域，涵盖了一系列末态。在当前的工作中，我们在解释 GeV 超出的背景下研究多步级联，但我们结果的许多方面具有普遍性，可扩展至其他应用。