低温再加热场景中暗物质的幺正性界限：总结和结论

链接表

• 摘要和简介
• S 矩阵：幺正性及其后果
• 暗物质湮灭与幺正界限
• 低温加热
• 低温再加热冻结
• 总结
• 致谢和参考文献

6. 总结与结论

暗物质 (DM) 的德布罗意波长要求将其保持在星系内，而恒星星系团的稳定性则通过分别提供 DM 质量的下限和上限，共同为 DM 设定了广泛的允许质量范围。指定 DM 的一些属性可以进一步缩小质量范围。有趣的是，人们可以通过指定早期宇宙中 DM 的热产生来设定独立于模型的上限。观测到的 DM 丰度和散射矩阵中分波的幺正性共同设定了 DM 质量的上限。首先，可以借助光学定理、矩阵元素和该过程的弹性散射截面推导出一般数值变化过程 2 → r 的非弹性截面的上限。之后，人们可以通过调用详细平衡原理获得 r → 2 过程的热平均截面。最后，热平均截面的幺正边界转化为满足遗迹密度约束的 DM 质量的上限。已知 2 → 2 和 3 → 2 DM 湮灭过程允许的最大 DM 质量分别约为 130 TeV 和 1 GeV。然而，这些界限不仅取决于粒子物理模型，而且与宇宙的宇宙学演化有很大关系，只有当宇宙遵循所谓的“标准宇宙学场景”时才有效。

相反，本文探讨了非标准宇宙学设置中 DM 质量的界限，其特征是低温再加热。具体来说，我们关注i ) 类似运动的场景，其中早期宇宙主要由一种流体主导，其能量密度比自由辐射稀释得更快； ii ) 早期物质主导的场景，其中一种成分的能量密度与非相对论物质成比例，主导早期宇宙并最终衰变为标准模型粒子。

首先，我们研究类似激变的宇宙，与标准的辐射主导图像相比，它需要更大的热平均湮灭截面来饱和观测到的 DM 丰度，因为在这种情况下，冻结发生得早。因此，DM 质量的上限比标准情况更严格。例如，如果再加热温度低至几 MeV（对应于大爆炸核合成时代的开始），则 WIMP 的 DM 质量 m ≲ 130 TeV 的通常界限可以降低到几 TeV。

在结束之前，我们想强调的是，早期宇宙的演化在很大程度上是未知的。从宇宙膨胀结束到物质辐射相等，宇宙由标准模型辐射主导，而从膨胀主导到辐射主导的宇宙在很早的时候就发生了转变，这些标准假设是不能理所当然的。考虑到这一点，我们在这里研究了在低温再加热场景中幺正性界限对 DM 的影响。