[論文レビュー] Evidence For Axino Dark Matter In The Galactic Bulge

Dan Hooper, Lian-Tao Wang|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2004

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、R対称性破れ超対称モデルにおけるaxinoの崩壊が、INTEGRALによって観測された銀河中心付近からの511 keVガンマ線ライン放射を説明できる可能性を提案している。1–300 MeVの質量と特定のR対称性破れカップリングを持つaxinoは、観測された放射を自然に生成し、天体物理学的データと整合する有望なダークマター候補を提供する。

ABSTRACT

Recently, the SPI spectrometer on the INTEGRAL satellite observed strong 511 keV line emission from the galactic bulge. Although the angular distribution (spherically symmetric with width of \\sim 9 degree) of this emission is difficult to account for with traditional astrophysical scenarios, light dark matter particles could account for the observation. In this letter, we consider the possibility that decaying axinos in an R-parity violating model of supersymmetry may be the source of this emission. We find that \\sim 1-300 MeV axinos with R-parity violating couplings can naturally produce the observed emission.

研究の動機と目的

• 標準的な天体物理学的モデルと一致しない、予期せぬ強度の511 keVガンマ線ライン放射を説明すること。
• 超対称性の文脈において、特にaxinoという軽いダークマター粒子が観測された放射を説明できるかどうかを調査すること。
• axino系におけるR対称性破れカップリングが、SPI分光計のデータと一致するためのポジトロン消失率を生成できるかどうかを特定すること。
• axinoの崩壊と観測された511 keVラインスペクトルを結びつけることで、axinoがダークマター候補として妥当であるかどうかを評価すること。

提案手法

• INTEGRALのSPI分光計から得られた511 keVライン放射データを分析し、全波幅半値が約9度である球対称的分布に注目する。
• R対称性破れ超対称性フレームワークにおけるaxino崩壊をモデル化し、axinoが標準模型粒子に崩壊し、ポジトロンを生成する。そのポジトロンが消失して511 keVの光子を放出する。
• axino崩壊からのポジトロン注入率を計算し、観測された511 keV放射束と比較する。角度分布と全全光度の制約を用いる。
• 他の宇宙論的および素粒子物理学的制約と整合するように、R対称性破れカップリングに対する理論的制限を適用する。
• 観測された511 keV全光度を用いて、球対称的放射プロファイルを仮定してaxino質量と崩壊幅を制限する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 R対称性破れ超対称モデルにおけるaxino崩壊は、銀河中心から観測された511 keVガンマ線ライン放射を説明できるか？
• RQ2 観測された511 keV放射束と角度分布と整合するaxino質量およびR対称性破れカップリングの範囲は何か？
• RQ3 511 keV放射の球対称的形状は、二重星系における電子-ポジトロン消失のような従来の天体物理学的源よりも、axino崩壊を支持するか？
• RQ4 1–300 MeVの範囲にあるaxinoは、既存の宇宙論的または素粒子物理学的制約に反しない自然な方法で、観測された放射を説明できるか？

主な発見

• 1 MeVから300 MeVの質量を有するaxinoとR対称性破れカップリングは、銀河中心から観測された511 keVガンマ線ライン放射を生成できる。
• 放射の球対称的分布は、axino崩壊によって自然に説明できる。崩壊生成物は等方的にポジトロンを生成し、そのポジトロンが銀河中心で消失することで放射が生じる。
• 観測された511 keV全光度と一致するための必要不可欠なaxino崩壊幅は、R対称性破れモデルにおける理論的予測と整合している。
• このモデルは、微調整された天体物理学的源を必要とせず、511 keVラインを同時に説明できる妥当なダークマター候補を提供する。