超新星对自相互作用暗 sector 粒子的约束

我们考察了与核心坍缩超新星事件SN1987a相关的原中子星冷却对亚GeV暗 sector 粒子设定的约束。明确考虑暗光子门户暗 sector 模型，我们计算了暗光子（$A'$）和暗费米子（$\chi$）与标准模型粒子的相关相互作用率，以及它们在暗 sector 内部的自相互作用。我们发现，即使暗 sector 精细结构常数很小 $\alpha_D\ll 1$，暗 sector 自相互作用也易于导致它们自身的自俘获。该效应强烈限制了由暗 sector 粒子从超新星核心带走的能量光度，从而剧烈影响了可由SN1987a约束的参数空间。我们具体考虑两种质量比 $m_{A'}=3m_\chi$ 和 $3m_{A'}=m_\chi$，它们分别代表允许或不允许 $A'$ 衰变为 $\chi\bar\chi$ 的情形。我们表明，对于 $m_\chi\lesssim 20$ MeV，SN1987a只能在前者（后者）的 $\alpha_D\lesssim 10^{-15}$（$10^{-7}$）时对暗 sector 施加界限。此外，若前者 $\alpha_D\lesssim 10^{-7}$，这完全规避了超新星对被广泛考察的暗光子参数空间的界限，而若 $m_\chi\lesssim 100$ MeV 且后者 $\alpha_D\lesssim 10^{-7}$ 时则提升了界限。因此我们的发现意味着，现有的对轻暗粒子的超新星界限通常可被类似的自我俘获机制规避。这也意味着非标准强自相互作用中微子与SN1987a观测不一致。相同效应也可发生于其他已知的针对暗 sector 粒子的恒星界限。