天体物理学 > 宇宙学与非星系天体物理学
[提交于 2024年11月27日
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标题: 暗物质-重子相互作用截面的星系团热力学约束
标题: Constraints on the dark matter-baryon interaction cross section from galaxy cluster thermodynamics
摘要: 暗物质(DM)模型中,如果暗物质与重子之间的相互作用截面不为零,则意味着暗物质与重子之间存在能量传递。我们提出了一种新的方法,利用星系团的热力学特性来限制速度无关相互作用的暗物质-重子相互作用截面和暗物质粒子质量。如果这些星系团中的重子气体处于热力学平衡状态,并且暗物质使重子冷却,那么这种冷却速率受到星系团中其他机制的净加热速率的限制。我们使用了来自X射线探测星系团的元目录(MCXC)的REFLEX星系团,并采用了阿塔卡马宇宙学望远镜(ACT)的苏尼亚耶夫-泽尔多维奇(SZ)选定的星系团目录中的质量估计。这给出了速度无关相互作用下暗物质-质子相互作用截面的95%上限,分别为$\sigma_0\leq9.3\times10^{-28} \mathrm{~cm^2}$和$m_\chi = 10^{-4} - 10^{-1}$GeV。这些约束在这个质量范围内的最佳约束的一个数量级之内,并作为补充的独立约束。我们还将此模型应用于部分相互作用的暗物质情景,其中只有10%和1%的暗物质在相互作用。与其他方法不同,这个约束与该比例成线性关系。这给出了95%的上限$\sigma_0\leq1.1\times10^{-26} \mathrm{~cm^2}$和$\sigma_0\leq8.2\times10^{-26} \mathrm{~cm^2}$,这是该情景下目前最强的约束。本文作为一个概念验证。即将到来的SZ测量将提供星系团的温度剖面。将这些测量结果与更复杂的热力学模型相结合,可能会导致更稳健的约束。
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