利用 BOSS 莱曼阿尔法森林数据检验极端轴子波暗物质

利用宇宙学粒子流体动力学模拟和均匀紫外背景，我们将传统冷暗物质（CDM）模型、自由粒子波暗物质（FP$\psi$DM）模型以及具有不同初始轴子场角的极端轴子波暗物质（EA$\psi$DM）模型在固定玻色子质量 $m_b\sim 10^{-22}$eV 下预测的莱曼-$\alpha$ 森林通量谱，与 BOSS 莱曼-$\alpha$ 森林吸收谱进行比较。我们重现了先前报道的结果（Iršič et al. 2017b; Armengaud et al. 2017）：CDM 模型比 FP$\psi$DM 模型更符合 BOSS 数据，且差距显著，对于 $420$ 个数据 bin，总 $\chi^2$ 差为 $120$。这些先前结果要求玻色子质量增大 $>10$ 倍才能与数据一致，并与由本地卫星星系确定的偏好值存在张力。然而我们发现，此类张力被消除，因为某些 EA$\psi$DM 模型预测的莱曼-$\alpha$ 通量谱比 CDM 模型更符合 BOSS 数据，且对于相同 bin 数，总 $\chi^2$ 差可达 $24$。这一发现并不意外，因为 EA$\psi$DM 模型具有独特的光谱形状，其在 $\psi$DM 线性物质功率谱典型的小尺度截断附近具有超出 CDM 功率的谱隆起，且比 FP$\psi$DM 具有更延展的截断（Zhang & Chiueh 2017a,b）。