白矮星中暗物质俘获的改进处理
高能物理 - 唯象学
2021-11-01 v2 宇宙学与河外天体物理
太阳与恒星天体物理
摘要
白矮星是数量最多的恒星遗迹,为探测暗物质(DM)相互作用提供了一种有前景的手段,是对地面探测的补充。暗物质与恒星组分的散射导致引力俘获,并带来重要的观测后果。特别是,暗物质俘获和热化过程中的能量转移以及随后俘获暗物质的湮灭会引起白矮星加热。我们考虑暗物质通过散射白矮星的离子或简并电子组分而被俘获。对于离子,我们考虑了恒星结构、恒星不透明度、超越简单 Helm 方法的真实核形状因子,以及与亚 GeV 暗物质相关的有限温度效应。电子被视为相对论性简并靶,考虑了泡利阻塞、有限温度和多次散射效应。我们还估算了暗物质蒸发率。通过将暗物质俘获引起的加热率与暗物质富集环境中冷白矮星的观测进行比较,可以约束 DM-核子/电子散射截面。我们将该技术应用于球状星团 Messier 4 中老白矮星的观测,并假定其位于一个 DM 亚晕中。对于 DM-核子散射,我们发现白矮星能够探测直接探测搜索无法触及的亚 GeV 质量范围,其低质量探测极限仅受蒸发或暗物质主导湮灭为 neutrinos 的限制,并且在 GeV 范围内可与直接探测相竞争。我们发现白矮星对暗物质-电子散射的限制在整个考虑的质量范围内优于当前的电子反冲实验,并远超电子反冲实验灵敏度下降的 GeV 质量区间。
引用
@article{arxiv.2104.14367,
title = {Improved Treatment of Dark Matter Capture in White Dwarfs},
author = {Nicole F. Bell and Giorgio Busoni and Maura E. Ramirez-Quezada and Sandra Robles and Michael Virgato},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.14367},
year = {2021}
}
备注
37 pages, 12 figures, 4 tables, 2 appendices. Discussion extended, references added, matches published version