再加热过程中的超相对论性冻结

我们对再加热过程中的（超）相对论性冻结（UFO）进行了深入研究。虽然标准的 WIMP（非相对论性冻结）和 FIMP（冻结产生）范式在再加热时期已被详细探索，但 UFO 尚未得到系统研究，尽管它在广泛的参数空间区域中起作用。尽管暗物质（DM）在相对论性冻结时是“热”的，但我们表明，在结构形成时，它可以轻易地经历足够的冷却，从而与 $\Lambda$CDM 模型兼容。与标准的类 WIMP 冻结不同，UFO 之后可能存在显著的超出平衡态的 DM 产生，类似于冻结产生机制。然而，与冻结产生不同，UFO 可以容纳更强的耦合。与 $\Omega_{\chi}h^2=0.12$ 一致的 UFO 参数空间相当大，DM 质量跨越约 13 个数量级（$10^{-7} \text{ GeV} \lesssim m_{\chi} \lesssim 10^{6}$ GeV），再加热温度跨越 17 个数量级（$10^{-2} \text{ GeV} \lesssim T_{\rm RH} \lesssim 10^{15} \text{ GeV}$），而超越标准模型（BSM）的有效相互作用标度跨越 11 个数量级（$10^{3} \text{ GeV} \lesssim \Lambda \lesssim 10^{14}\text{ GeV}$）。有趣的是，UFO 最合适的耦合范围恰好介于 WIMP 和 FIMP 的典型耦合之间，这使得 UFO 从探测的角度来看颇具吸引力。易于实现 UFO 的粒子物理模型包括重矢量或标量门户相互作用，以及不可重整化的有效相互作用。最后，我们展示了 UV UFO 和 IR UFO 之间存在区别，前者的残余丰度对冻结温度敏感，而后者的丰度对 DM 质量和再加热温度敏感，但对冻结温度不敏感。