X射线的回归：keV尺度费米子暗物质的新希望

很久以前（2014年），在遥远遥远的星系与星系团中，几个研究组报告了在 3.5\,keV 能量处的天体物理 X 射线信号中发现了一条尚未确认的谱线。虽然这条线很可能只是对原子跃迁不完美建模的反映，但它重新激发了学界对 keV 尺度暗物质模型的兴趣，这类暗物质的衰变会产生这样的谱线。暗物质湮灭为单色光子的替代可能性则鲜少被探索，本文致力于弥补这一疏漏。更确切地说，我们引入了一个新的费米子暗物质 $\chi$ 模型，其质量为 $\mathcal{O}(\text{keV})$，它湮灭为标量态 $\phi$，后者进而衰变为光子，例如通过重类矢量夸克的圈图。所得光子谱呈盒状，但如果 $\chi$ 与 $\phi$ 质量近乎简并，它也可表现为一条窄线。我们讨论了通过两种不同机制——失谐与冻入——产生暗物质的过程，结果表明两者在广阔的参数空间内均可行。我们利用天体物理 X 射线数据对该模型进行约束，并证明得益于湮灭截面的速度依赖性，该模型有潜力调和 3.5\,keV 谱线的各项观测。最后，我们探讨了 $\phi$ 介导的暗物质粒子间的作用力及其对结构形成的可能影响。