强相互作用大质量粒子的自加热

最近有研究指出，半湮灭暗物质(DM)可能经历一种被称为自加热的新颖温度演化。放热的半湮灭将DM质量转化为动能。这产生了独特的DM温度演化，$T_{\chi} \propto 1 / a$，不同于自由流非相对论性粒子的 $T_{\chi} \propto 1 / a^{2}$。只要自散射充分重新分配DM粒子的能量，自加热就会持续。在本文中，我们研究自加热DM中宇宙学扰动的演化。我们发现，当自散射截面为 $\sigma_{\rm self} / m_{\chi} \sim {\cal O} (1) \,{\rm cm}^{2} /{\rm g}$ 时，亚GeV自加热DM在物质功率谱的亚星系尺度上留下一个截断。然后我们给出自加热DM情形的一个粒子物理实现。该模型基于最近提出的具有类π介子粒子的类QCD sector中的强相互作用大质量粒子。类π介子粒子半湮灭为类轴子粒子，后者与暗辐射热化。暗辐射温度小于标准模型温度，从而规避了中微子有效自由度的约束。当暗 sector 通过小耦合从标准模型 sector 产生时，这很容易实现。