Probing sub-GeV dark matter-baryon scattering with cosmological observables

被引：150

作者：

Xu, Weishuang Linda ^{[1
]}

Dvorkin, Cora ^{[1
]}

Chael, Andrew ^{[1
]}

机构：

[1] Harvard Univ, Dept Phys, Cambridge, MA 02138 USA

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2018年 / 97卷 / 10期

关键词：

MILLICHARGED PARTICLES; LAMBDA-CDM; MILKY-WAY; CONSTRAINTS; LIMITS;

D O I：

10.1103/PhysRevD.97.103530

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

We derive new limits on the elastic scattering cross section between baryons and dark matter using cosmic microwave background data from the Planck satellite and measurements of the Lyman-alpha forest flux power spectrum from the Sloan Digital Sky Survey. Our analysis addresses generic cross sections of the form sigma proportional to v(n), where v is the dark matter-baryon relative velocity, allowing for constraints on the cross section independent of specific particle physics models. We include high-l polarization data from Planck in our analysis, improving over previous constraints. We apply a more careful treatment of dark matter thermal evolution than previously done, allowing us to extend our constraints down to dark matter masses of similar to MeV. We show in this work that cosmological probes are complementary to current direct detection and astrophysical searches.

引用

页数：14

共 90 条

[1] CoGeNT: A search for low-mass dark matter using p-type point contact germanium detectors [J].

Aalseth, C. E. ;

Barbeau, P. S. ;

Colaresi, J. ;

Collar, J. I. ;

Leon, J. Diaz ;

Fast, J. E. ;

Fields, N. E. ;

Hossbach, T. W. ;

Knecht, A. ;

Kos, M. S. ;

Marino, M. G. ;

Miley, H. S. ;

Miller, M. L. ;

Orrell, J. L. ;

Yocum, K. M. .

PHYSICAL REVIEW D, 2013, 88 (01)

[2] The Fermi Galactic Center GeV Excess and Implications for Dark Matter [J].

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Albert, A. ;

Atwood, W. B. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Bellazzini, R. ;

Bissaldi, E. ;

Blandford, R. D. ;

Bloom, E. D. ;

Bonino, R. ;

Bottacini, E. ;

Brandt, T. J. ;

Bregeon ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

Burnett, T. H. ;

Cameron, R. A. ;

Caputo, R. ;

Caragiulo, M. ;

Caraveo, P. A. ;

Cavazzuti, E. ;

Cecchi, C. ;

Charles, E. ;

Chekhtman, A. ;

Chiang, J. ;

Chiappo, A. ;

Chiaro, G. ;

Ciprini, S. ;

Conrad, J. ;

Costanza, F. ;

Cuoco, A. ;

Cutini, S. ;

D'Ammando, F. ;

de Palmai, F. ;

Desiante, R. ;

Digel, S. W. ;

Di Lalla, N. ;

Di Mauro, M. ;

Di Venere, L. ;

Drell, P. S. ;

Favuzzi, C. ;

Fegan, J. ;

Ferrara, E. C. ;

Fockes, W. B. ;

Franckowiak, A. ;

Fukazawa, Y. ;

Funk, S. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 840 (01)

[3] Planck 2015 results XVII. Constraints on primordial non-Gaussianity [J].

Ade, P. A. R. ;

Aghanim, N. ;

Arnaud, M. ;

Arrojam, F. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Ballardini, M. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartolo, N. ;

Basak, S. ;

Battaner, E. ;

Benabed, K. ;

Benoit, A. ;

Benoit-Levy, A. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bock, J. J. ;

Bonaldi, A. ;

Bonavera, L. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cardoso, J. -F. ;

Catalano, A. ;

Challinor, A. ;

Chamballu, A. ;

Chiang, H. C. ;

Christensen, P. R. ;

Church, S. ;

Clements, D. L. ;

Colombi, S. ;

Colombo, L. P. L. ;

Combet, C. ;

Couchot, F. ;

Coulais, A. ;

Crill, B. P. ;

Curto, A. ;

Cuttaia, F. ;

Danese, L. ;

Davies, R. D. ;

Davis, R. J. ;

de Bernardis, P. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2016, 594

[4] Results from the Super Cryogenic Dark Matter Search Experiment at Soudan [J].

Agnese, R. ;

Aramaki, T. ;

Arnquist, I. J. ;

Baker, W. ;

Balakishiyeva, D. ;

Banik, S. ;

Barker, D. ;

Thakur, R. Basu ;

Bauer, D. A. ;

Binder, T. ;

Bowles, M. A. ;

Brink, P. L. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Calkins, R. ;

Cartaro, C. ;

Cerdeno, D. G. ;

Chang, Y. ;

Chen, Y. ;

Cooley, J. ;

Cornell, B. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

Di Stefano, P. C. F. ;

Doughty, T. ;

Fascione, E. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Fritts, M. ;

Gerbier, G. ;

Germond, R. ;

Ghaith, M. ;

Godfrey, G. L. ;

Golwala, S. R. ;

Hall, J. ;

Harris, H. R. ;

Hong, Z. ;

Hoppe, E. W. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Iyer, V. ;

Jardin, D. ;

Jastram, A. ;

Jena, C. ;

Kelsey, M. H. ;

Kennedy, A. ;

Kubik, A. ;

Kurinsky, N. A. ;

Loer, B. ;

Asamar, E. Lopez .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2018, 120 (06)

[5] Point sources from dissipative dark matter [J].

Agrawal, Prateek ;

Randall, Lisa .

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS, 2017, (12)

[6] Results from a Search for Dark Matter in the Complete LUX Exposure [J].

Akerib, D. S. ;

Alsum, S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

Bailey, A. J. ;

Balajthy, J. ;

Beltrame, P. ;

Bernard, E. P. ;

Bernstein, A. ;

Biesiadzinski, T. P. ;

Boulton, E. M. ;

Bramante, R. ;

Bras, P. ;

Byram, D. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

Chiller, A. A. ;

Chiller, C. ;

Currie, A. ;

Cutter, J. E. ;

Davison, T. J. R. ;

Dobi, A. ;

Dobson, J. E. Y. ;

Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. N. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gehman, V. M. ;

Ghag, C. ;

Gibson, K. R. ;

Gilchriese, M. G. D. ;

Hall, C. R. ;

Hanhardt, M. ;

Haselschwardt, S. J. ;

Hertel, S. A. ;

Hogan, D. P. ;

Horn, M. ;

Huang, D. Q. ;

Ignarra, C. M. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Ji, W. ;

Kamdin, K. ;

Kazkaz, K. ;

Khaitan, D. ;

Knoche, R. ;

Larsen, N. A. ;

Lee, C. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 118 (02)

[7] Cosmic microwave background limits on accreting primordial black holes [J].

Ali-Haimoud, Yacine ;

Kamionkowski, Marc .

PHYSICAL REVIEW D, 2017, 95 (04)

[8] Constraints on Dark Matter Interactions with Standard Model Particles from Cosmic Microwave Background Spectral Distortions [J].

Ali-Haimoud, Yacine ;

Chluba, Jens ;

Kamionkowski, Marc .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2015, 115 (07)

[9] Dark Matter Search Results from the PICO-60C3F8 Bubble Chamber [J].

Amole, C. ;

Ardid, M. ;

Arnquist, I. J. ;

Asner, D. M. ;

Baxter, D. ;

Behnke, E. ;

Bhattacharjee, P. ;

Borsodi, H. ;

Bou-Cabo, M. ;

Campion, P. ;

Cao, G. ;

Chen, C. J. ;

Chowdhury, U. ;

Clark, K. ;

Collar, J. I. ;

Cooper, P. S. ;

Crisler, M. ;

Crowder, G. ;

Dahl, C. E. ;

Das, M. ;

Fallows, S. ;

Farine, J. ;

Felis, I. ;

Filgas, R. ;

Girard, F. ;

Giroux, G. ;

Hall, J. ;

Harris, O. ;

Hoppe, E. W. ;

Jin, M. ;

Krauss, C. B. ;

Laurin, M. ;

Lawson, I. ;

Leblanc, A. ;

Levine, I. ;

Lippincott, W. H. ;

Mamedov, F. ;

Maurya, D. ;

Mitra, P. ;

Nania, T. ;

Neilson, R. ;

Noble, A. J. ;

Olson, S. ;

Ortega, A. ;

Plante, A. ;

Podviyanuk, R. ;

Priya, S. ;

Robinson, A. E. ;

Roeder, A. ;

Rucinski, R. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2017, 118 (25)

[10] First results from the XENON10 dark matter experiment at the Gran Sasso National Laboratory [J].

Angle, J. ;

Aprile, E. ;

Arneodo, F. ;

Baudis, L. ;

Bernstein, A. ;

Bolozdynya, A. ;

Brusov, P. ;

Coelho, L. C. C. ;

Dahl, C. E. ;

DeViveiros, L. ;

Ferella, A. D. ;

Fernandes, L. M. P. ;

Fiorucci, S. ;

Gaitskell, R. J. ;

Giboni, K. L. ;

Gomez, R. ;

Hasty, R. ;

Kastens, L. ;

Kwong, J. ;

Lopes, J. A. M. ;

Madden, N. ;

Manalaysay, A. ;

Manzur, A. ;

McKinsey, D. N. ;

Monzani, M. E. ;

Ni, K. ;

Oberlack, U. ;

Orboeck, J. ;

Plante, G. ;

Santorelli, R. ;

dos Santos, J. M. F. ;

Shagin, P. ;

Shutt, T. ;

Sorensen, P. ;

Schulte, S. ;

Winant, C. ;

Yamashita, M. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2008, 100 (02)

← 1 2 3 4 5 6 7 8 9 →