宇宙射线正电子分数的新视角

研究发现，宇宙射线中的正电子分数在能量高于 $\sim$ 10 GeV 时随能量稳步增加。这一行为与标准天体物理机制相矛盾，在标准机制中正电子是次级粒子，产生于初级宇宙射线在星际介质中传播时的相互作用。观测到的正电子分数异常引发了极大关注，因为它可能被解释为银河系中存在暗物质粒子的间接信号。另一种可能是，它由附近的天体物理源（如脉冲星）产生。本文结合最新的 AMS-02 正电子分数测量数据，对这两种假设进行了检验。我们使用半解析双区模型描述正电子在银河系中的输运过程。利用 MicrOMEGAs 模拟暗物质粒子产生的正电子通量。基于 ATNF 星表中包含的脉冲星观测数据，描述了来自天体物理源的正电子分数。我们发现， favored 暗物质候选者的质量始终大于 500 GeV。唯一满足众多伽马射线和宇宙微波背景限制的暗物质粒子是通过轻标量或矢量介子湮灭为四个轻子的粒子，其包含 tau (75%) 和电子 (25%) 通道的混合，质量介于 0.5 到 1 TeV 之间。正电子异常也可以由单个天体物理源解释，文中给出了来自 ATNF 星表的五个脉冲星列表。这些结果是在最符合 B/C 比的宇宙射线输运参数下获得的。事实证明，传播参数的不确定性非常显著。例如，在 WIMP 湮灭截面与质量平面图中，这些不确定性掩盖了从正电子数据导出的误差轮廓。