[论文解读] 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 5

一句话总结

该论文提出，由冷暗物质（CDM）内准稳定粒子产生的超高能宇宙射线（UHECRs）可在其银河系角分布中产生可测量的各向异性。通过分析这些各向异性，该模型为CDM相关UHECR产生机制提供了可检验的特征，为通过宇宙射线各向异性模式直接探测暗物质的粒子本质提供了观测途径。

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.

研究动机与目标

• 研究冷暗物质（CDM）中的准稳定粒子类物体是否能产生超高能宇宙射线（UHECRs）
• 确定由此产生的UHECRs在银河系中是否表现出可观测的角分布各向异性
• 建立一个可检验的实验特征，将CDM粒子衰变或类似衰变过程与UHECR各向异性联系起来
• 通过角分布分析，为区分CDM相关UHECR产生机制与其他天体物理源提供一个框架

提出的方法

• 通过嵌入在冷暗物质晕中的准稳定粒子的衰变或去激发过程，模拟UHECR的产生
• 模拟源自这些CDM相关源的UHECR在银河系势场内的角分布
• 计算由于CDM物体的空间分布和动力学特性，导致UHECR到达方向分布中预期出现的各向异性
• 将预测的各向异性模式与来自如皮埃尔·杰拉德天文台等UHECR探测器的观测数据进行比较
• 使用角功率谱或类似统计工具，量化各向异性偏离程度，作为CDM相关源的特征
• 评估在实际观测阈值和探测器灵敏度条件下，此类各向异性是否可被探测到

实验结果

研究问题

• RQ1 冷暗物质中的准稳定粒子是否能产生具有可观测角分布各向异性的超高能宇宙射线？
• RQ2 CDM相关粒子衰变或去激发过程会在UHECR到达方向中产生何种特定各向异性模式？
• RQ3 这些CDM诱导的各向异性与传统天体物理源引起的各向异性在多大程度上可被区分？
• RQ4 当前或近未来的UHECR探测器在多大程度上能够分辨出预测的各向异性特征？

主要发现

• 该模型预测，由准稳定CDM粒子产生的UHECR会在银河系天空的角分布中产生显著的各向异性
• 这种各向异性源于CDM物体非均匀的空间分布及其引力势，导致UHECR到达方向出现方向性聚集
• 该各向异性模式预计与银河系平面和晕结构相关联，为CDM相关产生机制提供了独特特征
• 预测的各向异性幅度处于现有及未来UHECR观测站的探测灵敏度范围内，因此可通过当前仪器进行检验