基于 LOFAR 矮椭球星系观测的弱相互作用大质量粒子截面限制
宇宙学与河外天体物理
2023-06-09 v2 高能天体物理现象
摘要
弱相互作用大质量粒子(WIMPs)可以自湮灭,从而为我们提供了一种间接探测暗物质(DM)的方法。矮椭球(dSph)星系是搜寻湮灭信号的绝佳场所,因为它们富含暗物质且背景辐射低。如果 dSph 星系中存在磁场,暗物质湮灭产生的粒子会发出同步辐射。我们利用低频阵列(LOFAR)对 dSph 星系 150 MHz 射电连续谱辐射的非探测,推导了 WIMPs 湮灭为电子-正电子对的截面限制。我们的主要基本假设是宇宙线的输运可用扩散近似描述,这要求磁场存在。我们使用了 LOFAR 两米巡天(LoTSS)中对六个 dSph 星系的观测。数据被重新成像并生成了径向轮廓。我们还使用了堆叠以提高灵敏度。为推导 WIMP 截面的上限,我们将虚假高斯源注入数据,随后在径向轮廓中以 2 显著性被探测到。这些源代表了我们本能够探测到的最低辐射。我们给出了单个星系观测以及堆叠所得的限制。我们通过构建三种不同的模型情景:乐观(OPT)、中间(INT)和悲观(PES),探讨了扩散与磁场参数选择带来的不确定性。假设单色湮灭为电子-正电子对,INT 情景的限制排除了质量低于 20 GeV 的热 WIMPs,而 OPT 情景的限制甚至排除了质量低于 70 GeV 的热 WIMPs。INT 限制可与 Fermi-LAT 利用多个矮星系 射线观测所设限制相竞争,且它们在低 WIMP 质量下尤其严格。
引用
@article{arxiv.2303.12155,
title = {Weakly interacting massive particle cross section limits from LOFAR observations of dwarf spheroidal galaxies},
author = {L. Gajović and F. Welzmüller and V. Heesen and F. de Gasperin and M. Vollmann and M. Brüggen and A. Basu and R. Beck and D. J. Schwarz and D. J. Bomans and A. Drabent},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.12155},
year = {2023}
}
备注
15 pages, 10 figures