规划中的伽马射线望远镜 GAMMA-400 的暗物质搜寻
高能天体物理现象
2020-11-26 v2 宇宙学与河外天体物理
天体物理仪器与方法
高能物理 - 实验
摘要
我们的论文回顾了规划中的空间伽马射线望远镜 GAMMA-400，并详细评估了其在暗物质（DM）间接搜寻领域的机会。我们估计了 GAMMA-400 对银河系中心双光子 DM 湮灭截面的平均灵敏度，对应 DM 粒子质量范围为 1-500 GeV。对于 Einasto DM 密度轮廓情形，相对于 Fermi-LAT 12 年观测的预期约束，我们得到至少 1.2-1.5 倍（取决于 DM 粒子质量）的灵敏度增益。两台望远镜数据的联合分析可产生高达 1.8-2.3 倍的增益。因此灵敏度达到湮灭截面水平 ⟨σv⟩_{γγ}(m_χ=100 GeV)≈10^{-28} cm^3/s。这将使我们能够检验特定 DM 模型预测的假设窄线，特别是最近提出的赝戈德斯通玻色子 DM 模型。我们还考虑了衰变 DM——在此情形下联合分析可产生高达 1.1-2.0 倍的灵敏度增益，达到 DM 寿命水平 τ_{γν}(m_χ=100 GeV)≈2·10^{29} s。我们通过潜在观测本星系群中的超新星爆发估计了 GAMMA-400 对类轴子粒子（ALP）参数的灵敏度。这是对 ALP 非常灵敏的探测，对于 m_a ≲ 1 neV 的 ALP 质量可达到 ALP-光子耦合常数 g_{aγ}∼10^{-13} GeV^{-1} 的水平。我们还通过计算限制银河系伽马射线脉冲星谱中由于可能的 ALP-光子转换引起的调制，计算了针对 ALP 的灵敏度。对于 m_a≈(1-10) neV 的 ALP 质量，GAMMA-400 预计比 CAST 太阳望远镜更灵敏，达到 g_{aγ}^{min}≈2·10^{-11} GeV^{-1}。其他潜在有趣的目标和候选者也被简要考虑。
引用
@article{arxiv.2005.09032,
title = {Dark matter searches by the planned gamma-ray telescope GAMMA-400},
author = {Andrey E. Egorov and Nikolay P. Topchiev and Arkadiy M. Galper and Oleg D. Dalkarov and Alexey A. Leonov and Sergey I. Suchkov and Yuriy T. Yurkin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.09032},
year = {2020}
}
备注
26 pages, 8 figures