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天体物理学 > 高能天体物理现象

arXiv:2410.00140v1 (astro-ph)
[提交于 2024年9月30日 (此版本) , 最新版本 2025年6月23日 (v2) ]

标题: 利用全球中子星属性探测费米子不对称暗物质核心

标题: Probing fermionic asymmetric dark matter cores using global neutron star properties

Authors:Nathan Rutherford, Chanda Prescod-Weinstein, Anna Watts
摘要: 不对称暗物质(ADM)有可能在中子星内部积聚并对它们的全局属性产生影响。 考虑到这种积聚的影响,中子星质量-半径测量可以为冷密物质的状态方程(EoS)提供新的见解。 在本文中,我们利用真实的和合成的中子星质量-半径数据进行贝叶斯参数估计,以推断结合的重子物质和费米子ADM状态方程的约束条件,其中费米子ADM在中子星内部形成一个核心。 使用目前可用的质量-半径数据,我们发现ADM有效自排斥强度($g_\chi/m_\phi$)与粒子质量($m_\chi$)之比的下限可以在68%(95%)可信度水平上限制为$10^{-6.59}$($10^{-7.36}$)。 我们还发现,如果中子星质量和半径的测量不确定性降低到2%,那么对 $g_\chi/m_\phi$ 与 $m_\chi$ 比值下限的约束可以提高到分别在68%和95%可信度水平下的 $10^{-6.5}$ 和 $10^{-7.29}$。然而,所有其他组合,包括 $m_\chi$、$g_\chi$ 和 ADM 质量分数 $F_\chi$(即中子星引力 ADM 质量与引力质量之比),都未受到约束。 此外,在压强-能量密度和平面图-质量平面中,包含费米子ADM核心可能性的推论与忽略$F_\chi \leq 1.7\%$和中子星质量-半径不确定性的$\geq 2\%$的推论几乎相同。 因此,我们发现中子星质量-半径测量可以约束某些场景中的ADM,并且中子星核心中存在ADM与不存在ADM同样与当前数据一致。
摘要: It is possible for asymmetric dark matter (ADM) to accumulate in neutron star interiors and affect their global properties. Considering the effects of this accumulation, neutron star mass-radius measurements can deliver new insights into the cold dense matter equation of state (EoS). In this paper, we employ Bayesian parameter estimation using real and synthetic neutron star mass-radius data to infer constraints on the combined baryonic matter and fermionic ADM EoS, where the fermionic ADM forms a core in the neutron star interior. Using currently available mass-radius data, we find that the lower bound of the ratio between ADM effective self-repulsion strength ($g_\chi/m_\phi$) and particle mass ($m_\chi$) can be constrained at the 68% (95%) credible level to $10^{-6.59}$ ($10^{-7.36}$). We also find that, if neutron star mass-radius measurement uncertainties are reduced to the 2% level, the constraints on lower bound on the ratio of $g_\chi/m_\phi$ to $m_\chi$ can be improved to $10^{-6.5}$ and $10^{-7.29}$ at the 68% and 95% credible levels, respectively. However, all other combinations, of $m_\chi$, $g_\chi$, and the ADM mass-fraction, $F_\chi$, (i.e., the ratio of the gravitational ADM mass to the gravitational mass of the neutron star) are unconstrained. Furthermore, in the pressure-energy density and mass-radius planes, the inferences which include the possibility of fermionic ADM cores are nearly identical with the inferences that neglect fermionic ADM for $F_\chi \leq 1.7\%$ and neutron star mass-radius uncertainties $\geq 2\%$. Therefore, we find that neutron star mass-radius measurements can constrain ADM in some scenarios and that the presence of ADM in neutron star cores is as equally consistent with current data as the absence of ADM.
评论: 26页,8幅图
主题: 高能天体物理现象 (astro-ph.HE) ; 太阳与恒星天体物理学 (astro-ph.SR); 高能物理 - 现象学 (hep-ph); 核理论 (nucl-th)
引用方式: arXiv:2410.00140 [astro-ph.HE]
  (或者 arXiv:2410.00140v1 [astro-ph.HE] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2410.00140
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Nathan Rutherford [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2024 年 9 月 30 日 18:21:26 UTC (1,756 KB)
[v2] 星期一, 2025 年 6 月 23 日 14:44:25 UTC (2,673 KB)
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