未来MeV伽马望远镜揭示亚GeV暗物质的新窗口

本文主要探讨了"Sub-GeV暗物质在未来的MeVγ射线望远镜上的探测可能性"这一前沿课题。作者们，弗朗西斯科·德埃拉莫和斯特凡诺·普罗夫莫，提出了一个创新的理论框架，旨在解决暗物质（DM）与宇宙微波背景（CMB）观测数据之间的潜在冲突。在这个模型中，暗物质被分为两个部分：稳定的χ粒子和稍重的亚稳态伴侣ψ。 χ粒子由于其较大的自湮灭截面，其在宇宙早期的热丰度极低，这使得它难以通过传统的热历史途径被直接探测到。然而，通过引入ψ粒子，这个模型提供了一个巧妙的解决方案。ψ粒子比χ粒子稍微重一些，尽管它的自湮灭速率受到抑制，但它并不影响CMB辐射的稳定性。ψ粒子在宇宙早期的存在，然后通过晚期衰变为χ粒子，这一过程确保了宇宙中χ粒子的丰度。 作者们构建了一个模型独立的实现方案，考虑了多种可能的机制来解释ψ粒子的稳定性和后期衰变过程。他们对框架进行了详细的分析，包括探讨了与CMB辐射、大爆炸核合成以及大规模结构形成相关的后期衰变约束。这些约束对于确定模型参数至关重要，它们可以帮助科学家们排除或优化模型，使其更符合实际观测数据。 文章还讨论了未来MeVγ射线望远镜如何利用这一原理来探测χ粒子的信号。由于ψ粒子的晚期衰变会产生高能γ射线，这些望远镜可能会捕捉到这些信号，从而间接揭示暗物质的存在。这种探测方法不仅有助于扩大暗物质研究的领域，而且有可能填补现有观测技术无法触及的低能量范围。 这篇文章为寻找隐藏在宇宙中的低能量暗物质提供了一个创新且有前景的方法，同时强调了理论模型与实验观测之间的桥梁作用。通过结合理论预测和未来实验，有望在MeVγ射线观测中开启一个全新的暗物质搜索时代。