Астрофизики уточнили ограничения на массу сверхлегкой темной материи по спутникам Млечного Пути
Международная группа астрофизиков представила новые ограничения на массу частиц темной материи в моделях, где она представляет собой сверхлегкое скалярное поле. Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.
В стандартных подходах нижний предел массы темной материи выводится из обилия карликовых галактик-спутников Млечного Пути. Однако авторы обобщили этот метод на случай, когда поле темной материи имеет степенной спектр флуктуаций с пиком на субгоризонтном волновом числе k*. В таких моделях поле ведет себя подобно теплой темной материи, но также демонстрирует значительные волновые интерференционные эффекты на малых масштабах.
В результате безразмерный спектр мощности плотности показывает два эффекта: подавление из-за свободного вытекания на волновых числах k_fs и пуассоновское усиление, связанное с волновой интерференцией на k > 10?? k*, которое насыщается около шкалы Джинса k_J. Сравнивая эти предсказания с установленными ограничениями на обрезание спектра мощности от популяции спутников Млечного Пути, исследователи получили новые нижние пределы массы.
Для k_* > 10? Мпк?? ограничение составляет m > 6?10??? эВ ? (k_*/10? Мпк??) на доверительном уровне 95%. Для меньших k_* пуассоновский шум ослабляет ограничение, и оно принимает вид m > 6?10??? эВ ? (k_*/10? Мпк??)?.
Полученные результаты существенно расширяют применимость астрофизических ограничений на ультралегкие кандидаты темной материи, включая модели с различными начальными спектрами поля. Работа открывает путь для дальнейшего уточнения свойств темной материи с помощью наблюдений карликовых галактик.
