局部暗物质相空间密度及其对 WIMP 直接探测的影响

我们给出了对局部暗物质相空间密度的新的测定结果。该结果是在各向同性速度分布和球对称极限下，通过实现将暗物质分布函数与密度分布唯一联系起来的 Eddington 反演公式，并在贝叶斯框架内应用 Markov Chain Monte Carlo 算法，针对广泛且多样的动力学约束对银河系质量模型进行采样而获得的。我们考虑了暗物质密度分布的三种可能选择，即 Einasto、NFW 和 Burkert 分布，发现表征分布宽度的速度弥散在 Burkert 情形下趋于更大，而逃逸速度对分布的依赖极弱，我们得到的平均值与恒星动力学估计非常吻合。导出的暗物质相空间密度与暗物质探测研究中通常作为参考的模型——即速度弥散由局部圆速度确定并在给定逃逸速度处发生急剧截断的 Maxwell-Boltzmann 分布——存在显著差异，这种差异在高速尾部最为突出。我们讨论了天体物理不确定性对暗物质散射率和直接探测排除极限的影响，考虑了若干样本情形并表明最敏感的情形是轻暗物质粒子和非弹性散射粒子。作为一般趋势，当采用自洽的相空间密度时，我们发现散射率更大，因此排除极限比标准 Maxwell-Boltzmann 近似更强。我们提供了相关工具，以便将我们关于局部暗物质相空间密度的结果应用于其他暗物质候选者或实验装置。