木星任务作为探测暗物质的探针

木星作为太阳系中引人瞩目的最大行星，已被九个航天器造访，这些任务收集了大量关于木星性质的数据。在本文中，我们表明一类关于相对论电子通量的原位测量可用于探测暗物质（DM）以及暗 sector 与可见世界之间的暗 mediator。木星凭借其巨大的质量与低温核心，可能是 GeV 尺度质量附近暗物质的理想俘获体。被俘获的 DM 粒子可湮灭为长寿命暗 mediator（如暗光子），其随后在木星外部衰变为电子与正电子。被木星磁场俘获的带电粒子已在木星任务（如 Galileo 探测器与 Juno 轨道器）中得到测量。我们利用现有数据，针对寿命量级为 ${\cal O}(0.1-1)$ s 的暗 mediator，设定了 DM 与核子散射截面 $\sigma_{\chi n}$ 的上限。结果表明，来自木星任务的数据已经探测到现有 DM 搜寻尚未充分探索的参数空间区域，例如，对于主要通过暗 mediator 湮灭为 $e^+e^-$ 的 1 GeV DM，约束了量级为 $(10^{-40} - 10^{-38})$ cm$^2$ 的 $\sigma_{\chi n}$。本研究作为一个示例与初步步骤，以探索木星任务大型行星数据集的全部物理潜力。我们还概述了若干其他潜在方向，涉及电子的次级产物、正电子信号与太阳轴子。