[論文レビュー] Transport of exotic anti-nuclei: II- Antiproton and Antideuteron astrophysical uncertainties

D. Maurin, R. Taillet+1 more|ArXiv.org|Dec 23, 2006

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 16被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、1次元の宇宙線伝搬モデルを用いて、異彩源からの反陽子および反ヘリウム核のフラックスにおける天体物理学的不確実性を分析し、伝搬パラメータと銀河風モデルに注目する。パラメータのデゲネラシーにより、一次反核種のフラックスに約100倍の不確実性が生じるが、今後の核データによってこの不確実性は約2倍にまで低減可能であり、パラメータの空間的依存性が今後の主な不確実性要因となる。

ABSTRACT

We use a 1D propagation model to study the dependence of the pbar and dbar exotic fluxes on the transport parameters. The simple analytical solutions allow us i) to clarify the origin of the astrophysical uncertainties, and ii) to compare two models used for {\em signal} predictions, namely the constant and the linear Galactic wind models. We also study how these uncertainties should be reduced using forthcoming nuclear cosmic ray data. We confirm that the degeneracy of the transport parameters for a given propagation model leads to very different fluxes for primary antinuclei (~10^2). However, we show that with forthcoming data, these uncertainties could be greatly reduced (~2). As the precision will increase, the astrophysical uncertainty could then be dominated by our ignorance of the correct spatial dependence for some of the transport parameters: for instance, the constant and the linear wind models do not predict the same amount of exotic pbar at low energy.

研究の動機と目的

• 宇宙線伝搬パラメータのデゲネラシーが原因となる、異彩源からの反陽子および反ヘリウム核フラックスにおける天体物理学的不確実性の定量的評価。
• 定常風モデルと線形銀河風モデルが、異彩源からの反核種フラックスを予測する際の違いの比較。
• 今後の核宇宙線データが、反核種フラックス予測における現在の不確実性をどの程度低減できるかの評価。
• 特に空間的依存性を有する伝搬パラメータが、間接的ダークマター探索におけるフラックス不確実性に与える影響の明確化。

提案手法

• 銀河ハロー内での宇宙線伝搬を記述するため、エネルギーに依存しない拡散係数 K と風速度 V(z) を用いた1次元定常状態の拡散方程式を用いる。
• 定常風（V_c = 定数）および線形風（V_l(z) = V_l × z）の両配置に対して、境界条件（z = L およびディスク吸収）を含めた伝搬方程式を解析的に解く。
• ハロー内での源項（q = 定数）に対して解析的解を適用し、地球（z = 0）におけるフラックスをディスクおよびハロー全体の積分により計算する。
• パラメータ ξ を用いて崩壊損失の有無を比較し、反陽子および反ヘリウム核フラックスに与える影響を評価する。
• B/C比データからの最良適合パラメータを用いて、異なる風モデルおよびパラメータのデゲネラシー下でのフラックス不確実性を評価する。
• 今後の核データを用いた誤差伝搬の予測により、主なパラメータ（K, L, V_c, V_l）の不確実性低減の可能性を推定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 伝搬パラメータのデゲネラシーは、異彩源からの反陽子および反ヘリウム核フラックスの予測にどのような影響を及ぼすか？
• RQ2 定常風モデルと線形銀河風モデルの間で、異彩源からの反核種フラックス予測にどのような差が生じるか？
• RQ3 今後の核宇宙線データは、反核種フラックス予測における現在の天体物理学的不確実性をどの程度低減できるか？
• RQ4 異なる伝搬モデルにおいて、崩壊損失は異彩源からの反陽子および反ヘリウム核フラックスにどの程度の影響を及ぼすか？
• RQ5 データ改善後、残存する天体物理学的不確実性の主因となるのは、伝搬パラメータのどの空間的依存性か？

主な発見

• 伝搬パラメータのデゲネラシーにより、低エネルギー域の異彩源反陽子フラックスには約100倍の不確実性が生じるが、B/C比データを用いても依然として顕著である。
• 定常風モデルと線形風モデルでは、特に風速が小さい場合、低エネルギー域の異彩源反陽子フラックスに顕著な差が生じる。
• 崩壊損失は反陽子フラックスにほとんど影響せず（最大で数10％程度）、反ヘリウム核では破壊断面積が大きいため、その影響はさらに小さい。
• 核宇宙線データの改善により、異彩源反核種フラックスの天体物理学的不確実性は、現在の約100倍から約2倍にまで低減可能である。
• データ改善後、主な不確実性要因はパラメータのデゲネラシーではなく、風速度プロファイルなどの伝搬パラメータの正しい空間的依存性となる。
• 解析的1次元解は、源がハロー内にありエネルギー損失が無視できる場合、完全な2次元モデルに対する信頼できる近似となる。