Pada (sangat kecil) produksi materi gelap di supernova

Dipercayai bahwa materi gelap terbuat dari partikel, yang hanya berinteraksi dengan materi secara lemah dan gravitasi. Satu kandidat umum untuk dark matter disebut WIMPs . WIMP, khususnya, berat dan mungkin antipartikel mereka sendiri.

Dan seperti halnya partikel lain, partikel materi gelap dapat diproduksi dengan energi yang cukup tinggi. Massa partikel materi gelap tidak diketahui, tetapi diperkirakan berada pada urutan - , yang sesuai dengan suhu - , di mana partikel-partikel ini dapat diharapkan untuk diproduksi. $1$ $100 \textrm{GeV}$ $T_{DM}\approx 10^{13}$ $10^{15}\textrm{K}$

Suhu yang sangat besar tersebut hampir dicapai dalam proses astrofisika wajar, tetapi mengatakan dalam inti-runtuh supernova baru terbentuk inti memiliki suhu , dan mungkin lebih selama fase runtuh. Kemudian perkiraan kasar akan menunjukkan bahwa jumlah materi gelap yang dihasilkan adalah . Atau, dalam bentuk nomor $T_{SN,after}\approx 10^{11}\textrm{K}$ $M_{DM}\approx e^{-T_{DM}/T_{SN,max}}M_\odot$ . Ini berarti bahwa pada jumlah materi gelap yang dihasilkan selama supernova akan sekitar satu kilogram. Temperatur semacam itu cukup terjangkau untuk partikel DM . Jadi orang dapat secara optimis mengharapkan beberapa kilogram materi gelap yang dihasilkan per supernova. $\log_{10}(M_{DM}/\textrm{kg})=30.3-0.43(T_{DM}/T_{SN})$ $T_{SN}=1.4\cdot 10^{-2}T_{DM}$ $1 \textrm{GeV}$

Sekarang pertanyaannya. Apa yang dimaksud dengan produksi materi gelap pada supernova inti-runtuh? Saya kira jawaban yang bagus adalah perluasan yang lebih kuat dari perkiraan yang ada. Setiap komentar konstruktif dipersilakan.

dark-matter high-energy-astrophysics Alexey Bobrick
sumber

Jawaban:

WIMPS yang paling disukai saat ini mungkin adalah neutralinos, lihat http://en.wikipedia.org/wiki/Neutralino

Partikel-partikel ini murni hipotesis pada saat ini. Perkiraan massa dalam artikel Wikipedia di atas untuk kisaran netralino teringan antara 10 dan 10.000 GeV, yang berarti bahwa tingkat produksi dalam SN akan jauh lebih rendah daripada dengan asumsi 1 GeV. Tingkat produksi yang lebih tinggi seharusnya sudah terdeteksi di LHC.

Oleh karena itu dari non-deteksi (dalam bentuk kehilangan energi) dari WIMPS di LHC perkiraan batas atas dari tingkat produksi di SN harus dimungkinkan.

Gerald
sumber

Saya masih penasaran ingin tahu perkiraan seperti itu. Apakah itu beberapa partikel, atau nanogram yang mungkin kita harapkan, atau bahkan di mana pun di atas makroscal? Satu hal lain yang menghambat produksi, kecuali untuk rentang energi yang diharapkan, tentu saja karena penyilangan reaksi. Mereka juga bisa agak rendah.

Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick Salah satu hipotesis adalah, bahwa DM WIMPS adalah produk peluruhan partikel yang lebih berat. SN dapat mencapai energi yang jauh lebih tinggi daripada LHC, hingga sekitar 10e19 eV. Jika produksi WIMPS berjalan seperti itu, partikel kosmik berenergi tinggi dapat menjadi sumber informasi tambahan. Itu beberapa harapan yang bisa saya berikan untuk produksi DM di SN, meskipun kurang di LHC. Saya ragu untuk memberikan angka, karena ada terlalu banyak hipotesis yang belum dikonfirmasi. Semua mungkin salah.

Gerald

benar, dan itu tergantung model tentu saja. Namun, bahkan perkiraan kasar untuk beberapa model tertentu akan menarik. Perhatikan juga, bahwa 1) sinar kosmik yang paling energik kemungkinan besar tidak diproduksi di supernova, 2) panas, bukan gerakan massal, yang penting untuk reaksi.

Alexey Bobrick

Sinar kosmik yang diamati paling energik diperkirakan dihasilkan di lubang hitam "dekat", yang masih harus dikonfirmasi. Tetapi jika demikian, ini mungkin juga terjadi pada supernova yang runtuh ke lubang hitam, meskipun korelasi yang baik antara GRB (yang mungkin terkait dengan SN) dan CR energi tinggi tidak dapat dikonfirmasi sejauh ini. Sinar kosmik berenergi tinggi dibatasi dalam perjalanannya oleh latar belakang gelombang mikro kosmik bergeser biru dan kehilangan energi yang terkait. Gagasan saat ini tentang pembentukan WIMPs, sejauh yang dapat saya antisipasi, cenderung mengarah pada pembusukan partikel yang lebih berat.

Gerald

... kira-kira seperti pembusukan nukleon menghasilkan neutrino. Produksi langsung neutralino dengan massa di bawah 100 GeV terlihat agak tidak mungkin atau paling tidak sangat jarang, lebih jarang daripada partikel Higgs. Orang sekarang dapat menebak berat partikel, yang membusuk menjadi neutralino atau WIMPS lainnya, dan mencari probabilitas, bahwa energi tesis ini terjadi dalam SN. Sekarang ini harus dikalikan dengan penampang reaksi yang ditebak. Pembusukan hipotetis untuk WIMP kemudian harus jelas. Tetapi di sini kita memiliki urutan asumsi yang akan melipatgandakan ketidakpastian.

Gerald

Ada beberapa jenis supernova dan cara-cara inti dapat runtuh. Mari kita mengambil kasus ekstrem di mana integrasi fotodisintegrasi sinar gamma menghancurkan semua elemen berat (Si, Fe dan Ni, dll) dan memecah semuanya menjadi proton, neutron, dan elektron. Setiap nukleus melepaskan semua energi ikatnya, sekitar 9 MeV per massa nukleon atau 0,9% dari massa lainnya. Sebagian besar energi, saya percaya, keluar dalam bentuk neutrino relativistik (sisanya dalam energi kinetik dari proton, neutron, dan elektron). Jadi, batas atas adalah bahwa 0,9% dari massa inti berakhir di neutrino. Massa sisa neutrino jauh lebih sedikit, tetapi massa relativistik mungkin nomor yang lebih relevan.

$\Omega$ $\Omega_{stars}$ $\Omega$

eshaya
sumber