Sur la production (minuscule) de matière noire dans les supernovae


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On pense que la matière noire est constituée de particules, qui n'interagissent avec la matière que faiblement et gravitationnellement. Un candidat commun pour la matière noire est ce qu'on appelle les WIMP . Les WIMP, en particulier, sont lourds et peuvent être leurs propres antiparticules.

Et comme toute autre particule, des particules de matière noire peuvent être produites à des énergies suffisamment élevées. La masse des particules de matière noire est inconnue, mais estimée à l'ordre de - , ce qui correspond à des températures de - , à laquelle on peut s'attendre à ce que ces particules soient produites.1100GeVTDM10131015K

De telles températures énormes sont à peine atteignables dans tous les processus astrophysiques raisonnables, mais disons que dans les supernovae d'effondrement du cœur, le cœur nouvellement formé a des températures de , et probablement plus pendant l'effondrement phase. Une estimation brute suggérerait alors que la quantité de matière noire produite est . Ou, sous forme numérique . Cela signifie qu'à la quantité de matière noire produite pendant une supernova sera d'environ un kilogramme. Ces températures sont assez accessibles pourTSN,after1011KMDMeTDM/TSN,maxMlog10(MDM/kg)=30.30.43(TDM/TSN)TSN=1.4102TDM1GeVParticules de DM. On peut donc espérer avec optimisme quelques kilogrammes de matière noire produits par supernova.

Maintenant la question. Qu'est-ce qu'une production typique de matière noire dans les supernovae d'effondrement du cœur? Une bonne réponse, j'imagine, serait une expansion plus robuste de l'estimation existante. Tout commentaire constructif est le bienvenu.

Réponses:


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Les WIMPS les plus favorisés en ce moment sont probablement les neutrinos, voir http://en.wikipedia.org/wiki/Neutralino

Ces particules sont purement hypothétiques pour le moment. Les estimations de masse dans l'article Wikipédia ci-dessus pour le neutrino le plus léger se situent entre 10 et 10 000 GeV, ce qui signifie que les taux de production dans les SN seront beaucoup plus bas qu'avec une hypothèse de 1 GeV. Des taux de production plus élevés auraient déjà dû être détectés au LHC.

Par conséquent, à partir de la non-détection (sous forme de perte d'énergie) de WIMPS au LHC, une estimation d'une limite supérieure des taux de production dans les SN devrait être possible.


Je serais toujours curieux de connaître une telle estimation. S'agit-il de quelques particules, ou s'agit-il d'un nanogramme auquel on pourrait s'attendre, ou est-ce même n'importe où au-dessus des échelles macroscopiques? Un autre point entravant la production, à l'exception de la gamme d'énergie attendue, est bien sûr dû aux coupes réactionnelles. Ils peuvent également être assez faibles.
Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick Une hypothèse est que les DM WIMPS sont des produits de désintégration de particules plus lourdes. Les SN peuvent atteindre des énergies beaucoup plus élevées que le LHC, jusqu'à environ 10e19 eV. Si la production de WIMPS va dans ce sens, les particules cosmiques de haute énergie peuvent être une source supplémentaire d'informations. C'est un peu d'espoir que je peux donner pour la production de DM dans les SN, malgré le manque au LHC. J'hésite à fournir des chiffres, car il existe trop d'hypothèses non confirmées. Tout peut être faux.
Gerald

vrai, et cela dépend du modèle bien sûr. Cependant, même une estimation approximative pour un modèle particulier serait intéressante. Notez également que 1) les rayons cosmiques les plus énergétiques ne sont probablement pas produits dans les supernovae, 2) c'est le thermique, et non le mouvement en vrac, qui importe pour les réactions.
Alexey Bobrick

On pense que les rayons cosmiques observés les plus énergétiques sont produits dans un trou noir "voisin", ce qui reste à confirmer. Mais si c'est le cas, cela pourrait également se produire au niveau des supernovaes s'effondrant dans un trou noir, bien qu'une bonne corrélation entre les GRB (qui pourraient être associés aux SN) et les CR à haute énergie n'ait pas été confirmée jusqu'à présent. Les rayons cosmiques de haute énergie sont limités dans leur déplacement par le fond de micro-ondes cosmique décalé vers le bleu et la perte d'énergie associée. Les idées actuelles de la formation de WIMP, pour autant que je puisse prévoir, tendent vers la désintégration des particules plus lourdes.
Gerald

... à peu près comme la désintégration des nucléons produisent des neutrinos. Une production directe de neutrinos d'une masse inférieure à 100 GeV semble plutôt improbable ou du moins très rare, plus rare que les particules de Higgs. On peut maintenant deviner le poids des particules, qui se désintègrent en neutrinos ou autres WIMPS, et chercher les probabilités, que ces énergies se produisent dans les SN. Maintenant, cela doit être multiplié par une section efficace de réaction. Une dégradation hypothétique des WIMP devrait alors être simple. Mais ici, nous avons une séquence d'hypothèses qui vont multiplier les incertitudes.
Gerald

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Il existe plusieurs types de supernova et les façons dont le noyau peut s'effondrer. Prenons un cas extrême où la photodésintégration des rayons gamma détruit tous les éléments lourds (Si, Fe et Ni, etc.) et les décompose tous en protons, neutrons et électrons. Chaque noyau libère toute son énergie de liaison, environ 9 MeV par masse de nucléon ou 0,9% de la masse au repos. La plupart de l'énergie, je crois, sort sous la forme de neutrinos relativistes (le reste en énergie cinétique des protons, des neutrons et des électrons). Ainsi, une limite supérieure est que 0,9% de la masse du noyau se retrouve dans les neutrinos. La masse au repos des neutrinos est beaucoup moins, mais la masse relativiste est probablement le nombre le plus pertinent.

Seule une petite fraction de la densité de fermeture ( ) se trouve dans les étoiles, = 0,0027 (Fukugita & Peebles, 2004), environ 7% de la masse des étoiles va dans la supernova, ~ 10% est dans l'effondrement du cœur, 0,9% sort dans les neutrinos relativistes. Donc, tout à fait dans la matière sombre chaude de SN est inférieur à 0,0027 * 0,07 * 0,1 * 0,009, en gros.ΩΩstarsΩ

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