关于中子星对暗物质的捕获

我们计算了中子星绕星系中心旋转时，在其寿命期间累积的暗物质粒子数量，其中暗物质粒子为自相互作用玻色子但不发生自湮灭。我们考虑了暗物质与重子物质的相互作用，以及暗物质球在中子星内坍缩时的时间演化。我们表明，暗物质自相互作用在中子星核心暗物质的快速累积中起着重要作用。我们探讨了基于对具有强暗物质自相互作用的老中子星的观测，来确定暗物质质量和暗物质相互作用截面的参数空间排除区域的可能性。我们表明，对于约 $10^3$ GeV/cm$^3$ 的暗物质密度和小于约 10 GeV 的暗物质质量 $m_\chi$，存在一个潜在的暗物质与核子相互作用的排除区域，其严格程度比无自相互作用情况高出三个数量级。暗物质自相互作用截面的潜在排除区域比当前的子弹头星系团（Bullet Cluster）限制强多个数量级。例如，对于高暗物质密度区域，我们发现当 $m_\chi\sim 10$ GeV 且暗物质与核子的相互作用截面范围从 $\sigma_{\chi n}\sim 10^{-52}$ cm$^2$ 到 $10^{-57}$ cm$^2$ 时，暗物质自相互作用截面限制为 $\sigma_{\chi\chi}< 10^{-33}$ cm$^2$，这比子弹头星系团限制强约十个数量级。