宇宙射线中 AMS-02 正电子份额的物理意义

AMS-02 合作组刚刚发布了首个宇宙正电子份额 $e^+/(e^-+e^+)$ 的高精度结果，能量上限达 $\sim 350$ GeV。AMS-02 的结果与先前 PAMELA 的结果趋势一致，这要求在常规宇宙射线背景之上存在额外的电子/正电子源，其可能来自天体物理源或暗物质湮灭/衰变。本文通过拟合 AMS-02 的 $e^+/(e^-+e^+)$ 数据，以及 PAMELA 的电子和质子谱、Fermi 和 HESS 的 $(e^-+e^+)$ 谱，试图探究这些额外源的本质。我们采用 GALPROP 软件包计算银河系宇宙射线的传播，并使用马尔可夫链蒙特卡洛采样器进行拟合。我们发现 AMS-02 数据暗示了与 PAMELA 数据的本质差异。AMS-02 的 $e^+/(e^-+e^+)$ 数据与 Fermi/HESS 的 $(e^-+e^+)$ 谱之间存在张力（tension），即 AMS-02 数据所需的额外源贡献少于 Fermi/HESS。随后我们在不包含 Fermi/HESS 数据的情况下重新进行拟合。在此情形下，脉冲星和暗物质湮灭/衰变均能解释 AMS-02 数据。脉冲星情景具有幂律指数为 $\sim 2$ 的软注入谱，而暗物质情景需要质量为 $\sim 600$ GeV 和增强因子为 $\sim 200$ 的 $\tau^+\tau^-$ 末态。