暗物质理论
高能物理 - 唯象学
2009-02-26 v3 天体物理学
摘要
我们提出了一个全面的暗物质理论，以解释近期高能天体物理学中一系列意外观测结果的涌现。来自 ATIC 和 PAMELA 的宇宙线能谱要求一个质量 M_chi ~ 500 - 800 GeV 的弱相互作用大质量粒子，其湮灭为轻子的速率远高于热遗迹的预期。WMAP 和 EGRET 的信号强化了这一解释。综合来看，我们认为这些事实暗示暗扇区中存在一个 GeV 量级的新力。该长程力允许索末菲增强，从而按需提高湮灭截面，同时不改变早期宇宙暗物质冻结过程中弱标度下的湮灭截面。如果暗物质湮灭成新的力载体 φ，其低质量可迫使 φ 主要衰变为轻子。如果该力载体是非阿贝尔规范玻色子，则暗物质是多态多重态的一部分，这些态之间的分裂自然产生，大小约为 α m_φ ~ MeV，从而引出了先前为解释 INTEGRAL 卫星观测到的银心正电子湮灭而提出的“激发暗物质”(XDM) 情景。稍小的分裂也是预期的，这为解释 DAMA 年度调制信号的“非弹性暗物质”(iDM) 提供了自然的参数来源。由于索末菲增强在低速时最为显著，红移 ~10 的早期暗物质晕可能对宇宙的电离历史产生可观测效应，并且与常规 WIMP 相比，其子结构更易探测。此外，矮星系和银河系子晕的低速度弥散可以极大地增强子结构的湮灭信号。
引用
@article{arxiv.0810.0713,
title = {A Theory of Dark Matter},
author = {Nima Arkani-Hamed and Douglas P. Finkbeiner and Tracy R. Slatyer and Neal Weiner},
journal= {arXiv preprint arXiv:0810.0713},
year = {2009}
}
备注
22 pages, 7 figures, accepted by PRD. Version 2 corrects two equations and clarifies saturation of Sommerfeld enhancement at low velocity. Version 3 is the final journal version