通过引力对暗物质和宇宙中微子轮廓的新约束

我们利用小行星(101955)Bennu推导了太阳系中暗物质和宇宙中微子轮廓的纯引力约束。我们关注Bennu是因为OSIRIS-REx任务提供了其广泛的跟踪数据和高保真轨迹建模。我们发现暗物质的局地密度受限于 $\rho_{\rm DM}\lesssim 3.3\times 10^{-15}\;\rm kg/m^3 \simeq 6\times10^6\,\bar{\rho}_{\rm DM}$,位于 $\sim 1.1$ au 附近(其中 $\bar{\rho}_{\rm DM}\simeq 0.3\;\rm GeV/cm^3$)。我们表明,太阳系天体的高精度跟踪数据可以约束宇宙中微子相对于标准模型预测 $\bar{n}_{\nu}$ 的过密度,约束水平为 $\eta\equiv n_\nu/\bar{n}_{\nu}\lesssim 1.7 \times 10^{11}(0.1 \;{\rm eV}/m_\nu)$ (土星),与KATRIN和其他先前实验室实验的现有界限相当(其中 $m_\nu$ 为中微子质量)。这些局地界限对现有和未来的直接探测实验具有有趣的意义。我们的约束适用于所有暗物质候选者,但对于预测或允许太阳系内出现过密度的场景(包括太阳晕、恒星盆地和轴子微团簇)尤为有意义。此外,引入强度比引力强 $\tilde{\alpha}_D$ 倍的DM-SM长程第五种力后,Bennu可以对 $\rho_{\rm DM}\lesssim \bar{\rho}_{\rm DM}\left(6 \times 10^6/\tilde{\alpha}_D\right)$ 设定约束。随着跟踪数据精度的提高、观测弧的增加以及更多探测任务访问小行星,这些约束在未来可以得到改进。