[論文レビュー] Galactic anisotropy as signature of CDM-related Ultra-High Energy Cosmic Rays

Sergei Dubovsky, P. Tinyakov|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 1998

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、冷たい暗黒物質（CDM）内に存在する準安定粒子が生成する超高エネルギー宇宙線（UHECR）が、その銀河的空間的分布に測定可能な非一様性を引き起こしうると提案している。これらの非一様性を分析することで、CDM関連のUHECR生成メカニズムに対する検証可能なシグナルが得られ、宇宙線の非一様性パターンを通じて暗黒物質の粒子的性質を直接観測的に探る手がかりが得られる。

ABSTRACT

We show that production mechanisms of Ultra-High Energy Cosmic Rays involving quasistable particle-like objects which constitute part of cold dark matter can be tested experimentally by observing Galactic anisotropy in their angular distribution.

研究の動機と目的

• 冷たい暗黒物質（CDM）内に存在する準安定粒子的対象が、超高エネルギー宇宙線（UHECR）を生成できるかどうかを調査すること。
• その結果生じるUHECRが、銀河全体における角度分布に観測可能な非一様性を示すかどうかを特定すること。
• CDM粒子の崩壊または崩壊に類似したプロセスとUHECRの非一様性を結びつける検証可能な実験的シグナルを確立すること。
• 角度分布解析を通じて、CDM関連のUHECR生成機構と他の天体物理学的源を区別するためのフレームワークを提供すること。

提案手法

• 冷たい暗黒物質ハロー内に埋め込まれた準安定粒子の崩壊または励起状態からの脱励起によって生じるUHECRの生成をモデル化すること。
• 銀河的ポテンシャル内におけるこれらのCDM関連源に起因するUHECRの角度分布をシミュレートすること。
• CDM対象の空間的分布と運動論的性質に起因するUHECR到達方向分布における予想される非一様性を計算すること。
• ピエール・オーギュール観測所などのUHECR検出器からの観測データと予測される非一様性パターンを比較すること。
• 非一様性からの逸脱を定量化するための統計的手法（例：角度スペクトルなど）を用いること。
• 現実的な観測閾値および検出器感度のもとで、このような非一様性が検出可能かどうかを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 冷たい暗黒物質内に存在する準安定粒子が、その角度分布に観測可能な非一様性を示す超高エネルギー宇宙線を生成できるか？
• RQ2 CDM関連の粒子の崩壊または励起状態からの脱励起によって生じるUHECRの到達方向にどのような特定の非一様性パターンが現れるか？
• RQ3 これらのCDM由来の非一様性は、従来の天体物理学的源に起因するものとどれほど区別可能か？
• RQ4 現在または近い将来のUHECR検出器は、予測される非一様性シグナルをどれほど解像可能か？

主な発見

• モデルは、CDM内の準安定CDM粒子が生成するUHECRが、銀河的スカイにおける明確な非一様性を示すと予測している。
• この非一様性は、CDM対象の非一様な空間的分布と重力的ポテンシャルに起因し、UHECR到達方向における方向的クラスタリングを引き起こす。
• 非一様性のパターンは、銀河の平面およびハロー構造と相関すると予想され、CDM関連の生成メカニズムの特徴的なシグナルを提供する。
• 予測される非一様性の振幅は、現在のおよび計画中のUHECR観測所の感度範囲内にあり、現在の装置で検証可能である。