О (мельчайшем) рождении темной материи в сверхновых

Считается, что темная материя состоит из частиц, которые взаимодействуют с веществом лишь слабо и гравитационно. Одним из распространенных кандидатов на темную материю являются так называемые WIMP . WIMP, в частности, являются тяжелыми и могут быть своими собственными античастицами.

И, как и любые другие частицы, частицы темной материи могут быть получены при достаточно высоких энергиях. Масса частиц темной материи неизвестна, но оценивается как порядка - , что соответствует температурам - , при котором эти частицы могут быть получены.100 ГэВ Т Д М ≈ 10 13 10 15$1$$100 \textrm{GeV}$$T_{DM}\approx 10^{13}$$10^{15}\textrm{K}$

Такие огромные температуры едва достижимы в любых разумных астрофизических процессах, но, скажем, в сверхновых с коллапсом ядра недавно сформированное ядро ​​имеет температуры и, вероятно, больше во время коллапса фаза. Тогда грубая оценка предполагает, что количество производимой темной материи составляет . Или в числовой форме . Это означает, что при количество темной материи, образующейся во время сверхновой, будет около одного килограмма. Такие температуры вполне достижимы дляМ Д М ≈ е - Т Д М / Т С Н , м а х M ⊙ входе 10 ( М Д М / кг ) = 30,3 - 0,43 ( Т Д М / T S N ) T S N = 1,4 $T_{SN,after}\approx 10^{11}\textrm{K}$$M_{DM}\approx e^{-T_{DM}/T_{SN,max}}M_\odot$$\log_{10}(M_{DM}/\textrm{kg})=30.3-0.43(T_{DM}/T_{SN})$ 1 $T_{SN}=1.4\cdot 10^{-2}T_{DM}$$1 \textrm{GeV}$Частицы ДМ. Таким образом, можно с оптимизмом ожидать нескольких килограммов темной материи, произведенной за сверхновую.

Теперь вопрос. Какова типичная продукция темной материи в сверхновых коллапсах ядра? Я полагаю, что хорошим ответом было бы более надежное расширение существующей оценки. Любые конструктивные комментарии приветствуются.

На данный момент наиболее популярными WIMPS являются, вероятно, нейтралино, см. Http://en.wikipedia.org/wiki/Neutralino.

Эти частицы на данный момент являются чисто гипотетическими. Оценки массы в вышеупомянутой статье в Википедии для самого легкого диапазона нейтралино между 10 и 10000 ГэВ, означая, что скорости производства в SN будут намного ниже, чем при предполагаемом 1 ГэВ. Более высокие показатели производства должны были быть обнаружены на LHC.

Следовательно, из-за отсутствия обнаружения (в виде потери энергии) WIMPS на LHC должна быть возможна оценка верхней границы скоростей производства в SN.

Существует несколько типов сверхновых и способы разрушения ядра. Давайте возьмем крайний случай, когда фотодеструкция гамма-лучами разрушает все тяжелые элементы (Si, Fe и Ni и т. Д.) И разбивает их всех на протоны, нейтроны и электроны. Каждое ядро ​​высвобождает всю свою энергию связи, около 9 МэВ на массу нуклона или 0,9% от массы покоя. Я полагаю, что большая часть энергии выходит в виде релятивистских нейтрино (остальная часть - в кинетической энергии протонов, нейтронов и электронов). Итак, верхний предел состоит в том, что 0,9% массы ядра заканчивается нейтрино. Масса покоя нейтрино намного меньше, но релятивистская масса, вероятно, является более значимым числом.

Только небольшая доля плотности замыкания ( ) находится в звездах, = 0.0027 (Fukugita & Peebles, 2004), около 7% массы в звездах переходит в сверхновую, ~ 10% - в коллапс ядра, 0,9% выходит в релятивистских нейтрино. Так что в целом в горячей темной материи от SN составляет менее 0,0027 * 0,07 * 0,1 * 0,009, грубо говоря.Ω s t a r s$\Omega$$\Omega_{stars}$$\Omega$