[论文解读] Anisotropy Constraints on Millisecond Pulsars in the Diffuse Gamma Ray Background

Jennifer M. Siegal‐Gaskins, Rebecca Reesman+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2010

Dark Matter and Cosmic Phenomena被引用 1

一句话总结

本文研究了未解析的毫秒脉冲星（MSPs）对费米测量的各向同性伽马射线背景（IGRB）各向异性的能量依赖性贡献。基于观测启发的MSP种群模型，研究表明，初步的费米各向异性测量对MSP丰度和典型通量的约束精度比仅依靠强度的IGRB测量高出一个数量级，并且证明了MSP各向异性特征可通过能量依赖性区分其与大多数暗物质候选者的差异。

ABSTRACT

Pulsars emerge in the Fermi era as a sizable population of gamma-ray sources. Millisecond pulsars (MSPs) constitute an older subpopulation whose sky distribution extends to high Galactic latitudes, and it has been suggested that unresolved members of this class may contribute a significant fraction of the measured large-scale isotropic gamma-ray background (IGRB). We investigate the possible energy-dependent contribution of unresolved MSPs to the anisotropy of the Fermi-measured IGRB. For observationally-motivated MSP population models, we show that the preliminary Fermi anisotropy measurement places an interesting constraint on the abundance of MSPs in the Galaxy and the typical MSP flux, about an order of magnitude stronger than constraints on this population derived from the intensity of the IGRB alone. We also examine the possibility of a MSP component in the IGRB mimicking a dark matter signal in anisotropy-based searches, and conclude that the energy dependence of an anisotropy signature would distinguish MSPs from all but very light dark matter candidates.

研究动机与目标

• 评估未解析的毫秒脉冲星（MSPs）对费米测量的各向同性伽马射线背景（IGRB）各向异性的贡献。
• 评估MSP是否可能在基于各向异性的搜索中模拟出暗物质信号。
• 确定能量依赖性各向异性模式如何将MSP与暗物质候选者区分开来。
• 利用各向异性数据加强MSP种群属性的约束，超越仅基于强度的限制。

提出的方法

• 构建包含空间分布和通量函数的银河系毫秒脉冲星（MSP）种群的观测启发模型。
• 在不同能量 band 中模拟这些MSP模型下IGRB的各向异性功率谱。
• 将模拟的各向异性与初步的费米各向异性测量进行比较，以约束MSP参数。
• 分析各向异性特征的能量依赖性，以区分MSP与暗物质信号。
• 利用各向异性对通量和丰度的相对敏感性，推导出强于仅基于IGRB强度的约束。
• 通过检验与观测到的各向异性水平的一致性，评估MSP作为IGRB组成部分的可行性。

实验结果

研究问题

• RQ1 IGRB的能量依赖性各向异性如何约束未解析毫秒脉冲星的种群属性？
• RQ2 与仅基于强度的IGRB测量相比，费米各向异性测量在多大程度上改善了对MSP通量和丰度的约束？
• RQ3 IGRB中的MSP组分是否可能在基于各向异性的搜索中模拟出暗物质信号？
• RQ4 MSP的各向异性特征与暗物质候选者相比有何不同，特别是在能量依赖性方面？

主要发现

• 初步的费米各向异性测量对MSP种群的约束精度比仅从IGRB强度推导出的约束高出约一个数量级。
• MSP的能量依赖性各向异性特征可将其与除最轻的暗物质候选者外的所有暗物质候选者区分开。
• 未解析的MSP对大尺度IGRB各向异性有显著贡献，其通量和丰度受观测到的各向异性幅度的约束。
• 基于各向异性的MSP约束对典型通量和种群密度的敏感性高于仅基于强度的IGRB测量。
• 各向异性信号的能量依赖性为区分MSP与暗物质提供了关键判据，尤其对低质量暗物质候选者而言。
• 与观测各向异性一致的MSP模型受到严格约束，显著缩小了MSP对IGRB贡献的允许参数空间。