[論文レビュー] Cosmic Ray Antiprotons from Relic Neutralinos in a Diffusion Model

Fiorenza Donato, N. Fornengo+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2003

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、安定核種のデータにキャリブレーションされた二領域拡散モデルを用いて、はくちゅう銀河のダークマターハロー内でのレリック中性ノイノの消失から生じる宇宙線反陽子フラックスを計算している。宇宙線伝搬パラメータの不確実性により、一次反陽子フラックスに2桁の不確実性が生じており、現在のデータでは、SUSYパラメータ空間の系統的スキャンと、太陽活動最小期におけるBESS、CAPRICE、AMS観測との比較を行っても、超対称性パラメータ空間を制限することが難しい。

ABSTRACT

We use the constraints on the diffusion parameters as obtained with stable nuclei to calculate the cosmic antiproton flux from annihilating relic neutralinos. We discuss the relevance of each characteristic parameter, describing our two dimension diffusion model, on the flux of antiprotons produced in the dark halo of our Galaxy. We estimate a two orders of magnitude uncertainty on the flux due to the unknowledge of the propagation parameters. A conservative and systematic evaluation of the flux in the supersymmetric parameter space is done in order to exclude configurations providing a total (secondary plus primary) flux in excess with observations. We also study the effect on the flux induced by modifications in the distribution of cold dark matter in the Galaxy.

研究の動機と目的

• 物理的に妥当な拡散モデルを用いて、はくちゅう銀河ハロー内でのレリック中性ノイノ消失から生じる一次反陽子フラックスを推定すること。
• 宇宙論的伝搬不確実性が予測される反陽子フラックスに与える影響を定量化すること。
• 観測された反陽子フラックスと整合しない構成を除外するために、超対称パラメータ空間を体系的に評価すること。
• ダークマター密度プロファイルとハロー構造が反陽子フラックス予測に与える影響を評価すること。
• 理論的予測を、太陽活動最小期におけるBESS、CAPRICE、AMSの観測データと比較すること。

提案手法

• ボロン対炭素比の測定値にキャリブレーションされた二領域拡散モデルを用いて、宇宙線伝搬の拡散パラメータを制約する。
• 中性ノイノ消失に由来する源項を含む輸送方程式を適用し、速度平均断面積⟨σv⟩と中性ノイノ質量密度ρχ(r,z)を組み込む。
• クォークおよびグルーオンのハドロン化から生じる反陽子微分スペクトルg(Tp)を計算するために、モンテカルロシミュレーション（Jetset 7.2）を用いる。
• エネルギー依存の伝搬パラメータS_iとA_iを用いて、地球（z=0）における反陽子フラックスの輸送方程式をベッセル関数変換を用いて解く。
• χ²_B/C ≤ 40およびχ²_B/C ≤ 30の条件を満たす、さまざまな宇宙論的設定を検討し、予測フラックスの不確実性帯を評価する。
• 高高度バルーンおよび人工衛星ミッションからの観測データと、合計（一次＋二次）反陽子フラックスを比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 よくキャリブレーションされた拡散モデルのもとで、はくちゅう銀河ハロー内の中性ノイノ消失から予想される反陽子フラックスは何か？
• RQ2 予測される反陽子フラックスは、宇宙線伝搬パラメータの不確実性に対してどの程度感度が高いか？
• RQ3 現在の反陽子観測によって、超対称パラメータ空間のどの構成が除外されるか？
• RQ4 異なるダークマター密度プロファイルは、予測される一次反陽子フラックスにどのように影響を与えるか？
• RQ5 太陽活動最小期における観測された反陽子スペクトルは、二次的および一次的（中性ノイノ起因）寄与を区別できるか？

主な発見

• χ²_B/C ≤ 40の制約のもとでも、伝搬パラメータの不確実性により、一次反陽子フラックスに2桁の不確実性が生じている。
• mχ = 100 GeVおよび⟨σv⟩ = 2.3×10⁻⁹ GeV⁻²の場合、1 GeV未満のエネルギー領域でフラックスの不確実性帯は2桁にわたる。
• χ²_B/C ≤ 30の設定では、エネルギー範囲全体でフラックスが約30倍の変動を示し、伝搬モデルの選択に強く依存していることが示された。
• 中央値の宇宙論的パラメータを用いても、SUSYパラメータ空間の全スキャンを行ったにもかかわらず、現在のデータではどの超対称的構成も除外されない。
• χ²_B/C ≤ 40の条件下で、[3]から引用した二次反陽子フラックスは、一次フラックスの不確実性帯内に位置しており、一次信号を分離することが難しい。
• テストされた質量（60、100、300、500 GeV）の中で、mχ = 60 GeVのときの予測フラックスが最も高く、高エネルギー領域では質量が大きい場合にフラックスが上昇する傾向を示した。