NANOGrav 观测的超轻暗物质解释

NANOGrav 及其他脉冲星计时阵列 (PTA) 合作组观测到的脉冲星残差角关联显示出支持来自随机引力波背景 (SGWB) 的 Hellings-Downs 关联的证据。在本文中，我们提出一种非引力波的解释，将观测到的脉冲星计时关联归因于由超轻 $L_{\mu} - L_{\tau}$ 规范玻色子暗物质 (ULDM) 引起。ULDM 可通过两种方式影响脉冲星关联。矢量 ULDM 的引力势导致脉冲星信号的 Shapiro 时间延迟以及一种非平凡的角关联（与标量 ULDM 情形相比）。此外，若脉冲星具有暗物质规范群的非零电荷，则局域暗物质的电场会引起脉冲星的振荡以及相应的脉冲星信号多普勒频移。我们指出脉冲星带有显著的缪子电荷，因此 $L_{\mu} - L_{\tau}$ 矢量暗物质同时贡献于多普勒振荡和脉冲星信号的时间延迟。与标准 SGWB 解释或 SGWB 结合时间延迟的解释相比，这两种效应的协同作用能更好地拟合 NANOGrav 合作组观测到的角关联函数形状。我们的分析表明，除 SGWB 信号外，可能还存在可归因于 $L_{\mu} - L_{\tau}$ ULDM 的超额计时残差。