CHAMP 宇宙线

我们研究星系中质量为 $m$、电荷为 $qe$ 的宇宙学遗迹 $X$ 的相互作用，包括与星际介质的热化、在不均匀磁场中的扩散以及超新星激波波的费米加速。我们发现，对于 $m \mathop{}_{\textstyle \sim}^{\textstyle <} 10^{10} q \; ~{\rm GeV}$，当今盘中存在大量加速 $X$ 的通量，其动量分布 $\propto 1/p^{2.5}$ 延伸至 $(\beta p)_{max} \sim 5 \times10^4 q \; ~{\rm GeV}$。尽管超新星激波中的加速是高效的，会将 $X$ 抛出星系，但 $X$ 通过从晕或约束区扩散进入盘而不断补充。对于 $m \mathop{}_{\textstyle \sim}^{\textstyle >} 10^{10} q \; ~{\rm GeV}$，$X$ 在激波寿命内无法被加速到逃逸速度以上。加速的 $X$ 构成了宇宙线的一个组分，可轻易到达地下探测器，并沉积高于阈值能量，增强各类实验中的信号。我们发现核/电子反冲实验对低 $q$ 的 $X$ 施加了非常严格的限制；例如，对于任何 $m$，$q$ 高于 $10^{-9}$ 的 $X$ 作为暗物质被排除。对于更大的 $q$，切伦科夫和电离探测器对可为 $X$ 的暗物质比例设定严格限制。尽管如此，由动力学混合门户驱动的极小 $q$ 具有高度动机，我们确定了可被未来实验探测的 $(m,q)$ 区域。