[論文レビュー] Approximate formulae for exotic GCR anti-protons and anti-deuterons: Fluxes and astrophysical uncertainties

D. Maurin, R. Taillet+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2006

Geophysics and Gravity Measurements被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、主成分の銀河宇宙線（GCR）反陽子および反ドゥテルンのフラックスに対する高速で近似可能な解析的公式を導出し、特に主反陽子に対して最大2桁の大きさの天体物理学的不確実性の原因を明確にした。今後の観測データがこれらの不確実性をどのように低減できるかを示し、異方的ダークマター候補モデルを反陽子制約と照らし合わせて迅速にテストするためのツールも提供する。

ABSTRACT

Recent studies have shown that the astrophysical uncertainties on primary galactic cosmic ray anti-proton and anti-deuteron flux calculations could be as large as two orders of magnitude (although that for secondary fluxes does not exceed a few tens of percent). The secondary pbar flux being consistent with data, the uncertainty on primary pbar is a severe limitation for putting strong constraints on new physics, e.g. to exclude some SUSY configurations. The goal of this paper is threefold: i) we wish to repeat and clarify the origin of these uncertainties through the analysis of simple analytical models; ii) we then evaluate how these uncertainties would be reduced with forthcoming data; iii) as a by-product, we provide approximate and fast formulae for evaluating pbar and dbar primary fluxes. This allows for example to quickly check that on's preferred exotic component does not violate the pbar constraint.

研究の動機と目的

• 主GCR反陽子フラックスの計算における大きな天体物理学的不確実性（最大2桁）の原因を明らかにすること。
• 近い将来の観測データが、主フラックス予測におけるこれらの不確実性をどの程度低減できるかを評価すること。
• 主反陽子および反ドゥテルンフラックスの近似式を、計算的に効率的な手法として、モデルの検証に実用的につかえるように導出すること。
• 特定の異方的ダークマター成分が既存の反陽子フラックス制約に違反しないかどうかを、迅速に評価できるようにすること。

提案手法

• 単純な解析モデルの分析により、主反陽子および反ドゥテルンフラックス計算における不確実性の原因を分離・解明すること。
• 完全な数値的伝搬シミュレーションを回避するため、近似解析的公式を用いて主フラックスを推定すること。
• 特に伝搬パラメータに注目し、さまざまな天体物理学的仮定のもとでのフラックス不確実性を定量的に比較すること。
• 今後のデータ（特に改善された反陽子測定）が、主フラックス予測における不確実性をどの程度制約できるかを評価すること。
• 導出された公式を用いて、異方的ダークマターモデルが観測された反陽子フラックスと整合するかどうかを検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 主GCR反陽子フラックス予測における大きな不確実性（最大2桁）の主な天体物理学的要因は何か？
• RQ2 今後の反陽子データは、主反陽子フラックス推定における不確実性をどの程度低減できるか？
• RQ3 主反陽子および反ドゥテルンフラックスを正確かつ迅速に推定できる近似解析的公式をどのように構築できるか？
• RQ4 これらの公式を用いて、反陽子フラックス制約に基づき、異方的ダークマターモデルを効果的に除外または制約できるか？

主な発見

• 主GCR反陽子フラックスにおける大きな不確実性は、主に宇宙線伝搬パラメータ（例えば拡散係数やハローの大きさ）の不確実性に起因している。
• 二次反陽子フラックスは観測データと整合的であるが、主反陽子フラックスの不確実性は、特定のSUSYモデルなどの新しい物理を制約する上で主要な障壁のままである。
• 導出された近似公式により、完全な数値的シミュレーションを用いずに、主反陽子および反ドゥテルンフラックスを高速かつ信頼性高く推定できるようになった。
• これらの公式を用いることで、研究者が提案された異方的成分が既存の反陽子フラックス制約に違反しないかどうかを迅速に評価できるようになった。
• 今後のデータ、特に改善された反陽子測定が、主フラックス予測における不確実性、特に反陽子に関して顕著に低減すると予想される。
• 主反ドゥテルンフラックスの不確実性も顕著であり、それほど研究が進んでいないが、これらの公式により迅速な評価が可能になった。