Смешанная темная материя: новые ограничения по спутникам Млечного Пути

Стандартная модель физики частиц включает множество частиц, что наводит на мысль о подобной сложности и в темном секторе. В новой работе, представленной в репозитории arXiv, исследователи изучают двухкомпонентные смеси темной материи, где одна часть ведет себя как стандартная холодная темная материя (CDM), а другая подавляет образование мелкомасштабных структур — либо за счет астрофизически значимой длины волны де Бройля (нечеткая темная материя, FDM), либо за счет столкновительного затухания от независимого от температуры рассеяния (взаимодействующая темная материя, IDM).

Используя наблюдаемую популяцию карликовых галактик-спутников Млечного Пути, ученые получили новые ведущие ограничения на параметры смешанной FDM и смешанной IDM, связанной с фотонами (?-DM), нейтрино (?-DM) или барионами (p-DM), для долей, отличных от CDM, вплоть до 50%. Они потребовали, чтобы линейные спектры мощности материи для допустимых моделей оставались менее подавленными, чем в эталонной модели с ограничениями.

Полученные 95%-ные доверительные границы на массу FDM и сечение взаимодействия IDM систематически ослабевают с уменьшением доли, следуя степенным законам. При доле 50% границы для IDM ослабевают в 2–6 раз, а для FDM — примерно в 1,5 раза по сравнению со случаем 100%.

Авторы прогнозируют, что будущие обзоры спутников, в частности с чувствительностью, близкой к LSST, смогут улучшить эти 100%-ные границы в 1,6–14 раз для IDM и примерно в 3 раза для FDM.

Для более надежной характеристики вырождения между параметрами физики частиц и долей вклада, а также для расширения ограничений на меньшие доли и выявления сигнатур, выходящих за пределы обилия спутников, необходимы самосогласованные космологические симуляции смешанных сценариев темной материи.

Работа демонстрирует, как наблюдения нашей Галактики могут быть использованы для проверки сложных моделей темной материи, что важно для понимания ее природы.