Sản xuất vật chất tối trên (siêu nhỏ) trong siêu tân tinh

Người ta tin rằng vật chất tối được tạo thành từ các hạt, tương tác với vật chất chỉ yếu và hấp dẫn. Một ứng cử viên phổ biến cho vật chất tối được gọi là WIMP . WIMP, đặc biệt, nặng và có thể là phản hạt của riêng họ.

Và như bất kỳ hạt nào khác, các hạt vật chất tối có thể được tạo ra ở mức năng lượng đủ cao. Khối lượng của các hạt vật chất tối chưa được biết, nhưng được ước tính là theo thứ tự - , tương ứng với nhiệt độ của - , tại đó các hạt này có thể được tạo ra. $1$ $100 \textrm{GeV}$ $T_{DM}\approx 10^{13}$ $10^{15}\textrm{K}$

Nhiệt độ khổng lồ như vậy hầu như không thể đạt được trong bất kỳ quá trình vật lý thiên văn hợp lý nào, nhưng nói rằng trong siêu tân tinh sụp đổ lõi mới hình thành có nhiệt độ , và có lẽ nhiều hơn trong giai đoạn sụp đổ. Sau đó, một ước tính thô sẽ đề nghị rằng lượng vật chất tối được sản xuất là . Hoặc, ở dạng số $T_{SN,after}\approx 10^{11}\textrm{K}$ $M_{DM}\approx e^{-T_{DM}/T_{SN,max}}M_\odot$ . Điều này có nghĩa rằng tại số lượng vật chất tối được sản xuất trong một siêu tân tinh sẽ được khoảng một kg. Nhiệt độ như vậy khá dễ tiếp cận đối vớicác hạt DM . Vì vậy, người ta có thể lạc quan mong đợi vài kg vật chất tối được sản xuất trên mỗi siêu tân tinh. $\log_{10}(M_{DM}/\textrm{kg})=30.3-0.43(T_{DM}/T_{SN})$ $T_{SN}=1.4\cdot 10^{-2}T_{DM}$ $1 \textrm{GeV}$

Bây giờ câu hỏi. Sản xuất vật chất tối điển hình trong siêu tân tinh sụp đổ là gì? Một câu trả lời tốt, tôi tưởng tượng, sẽ là một sự mở rộng mạnh mẽ hơn trên ước tính hiện có. Bất kỳ ý kiến xây dựng đều được chào đón.

dark-matter high-energy-astrophysics

— Alexey Bobrick
nguồn

Câu trả lời:

WIMPS được ưa chuộng nhất tại thời điểm này có lẽ là neutino, xem http://en.wikipedia.org/wiki/Neutralino

Những hạt này hoàn toàn là giả thuyết tại thời điểm này. Các ước tính khối lượng trong bài viết trên Wikipedia về phạm vi neutino nhẹ nhất trong khoảng từ 10 đến 10.000 GeV, có nghĩa là tỷ lệ sản xuất trong SN sẽ thấp hơn nhiều so với 1 GeV giả định. Tỷ lệ sản xuất cao hơn đã được phát hiện tại LHC.

Do đó, từ việc không phát hiện (dưới dạng mất năng lượng) của WIMPS tại LHC, có thể ước tính giới hạn trên của tỷ lệ sản xuất trong SNs.

— Gerald
nguồn

Tôi vẫn sẽ tò mò muốn biết một ước tính như vậy. Đây có phải là một vài hạt, hoặc nó là một nanogram mà chúng ta có thể mong đợi, hoặc nó thậm chí là bất cứ nơi nào trên macro? Một điểm khác cản trở việc sản xuất, ngoại trừ phạm vi năng lượng dự kiến, tất nhiên là do sự giao thoa phản ứng. Họ cũng có thể khá thấp.

— Alexey Bobrick

@AlexeyBobrick Một giả thuyết cho rằng, DM WIMPS là sản phẩm phân rã của các hạt nặng hơn. SN có thể đạt năng lượng cao hơn nhiều so với LHC, lên tới khoảng 10e19 eV. Nếu việc sản xuất WIMPS diễn ra theo cách đó, các hạt vũ trụ năng lượng cao có thể là một nguồn thông tin bổ sung. Đó là một số hy vọng tôi có thể cung cấp cho sản xuất DM trong SNs, mặc dù thiếu tại LHC. Tôi ngần ngại cung cấp số, bởi vì có quá nhiều giả thuyết chưa được xác nhận. Tất cả có thể sai.

— Gerald

đúng, và nó là mô hình phụ thuộc tất nhiên. Tuy nhiên, ngay cả một ước tính sơ bộ cho một số mô hình cụ thể sẽ rất thú vị. Cũng lưu ý rằng, 1) các tia vũ trụ năng lượng nhất rất có thể không được tạo ra trong siêu tân tinh, 2) nó là nhiệt, không phải là chuyển động khối, quan trọng đối với các phản ứng.

— Alexey Bobrick

Các tia vũ trụ quan sát mạnh mẽ nhất được cho là được tạo ra tại một lỗ đen "gần đó", vẫn còn được xác nhận. Nhưng nếu vậy, điều này cũng có thể xảy ra ở siêu tân tinh sụp đổ thành hố đen, mặc dù mối tương quan tốt giữa GRB (có thể liên quan đến SN) và CR năng lượng cao chưa thể được xác nhận cho đến nay. Các tia vũ trụ năng lượng cao bị hạn chế trong hành trình của chúng bởi nền vi sóng vũ trụ chuyển màu xanh và mất năng lượng liên quan. Các ý tưởng hiện tại về sự hình thành của WIMP, theo như tôi có thể dự đoán, có xu hướng phân rã các hạt nặng hơn.

— Gerald

... đại khái giống như sự phân rã của các nucleon tạo ra neutrino. Việc sản xuất trực tiếp các neutino có khối lượng dưới 100 GeV trông khá khó xảy ra hoặc ít nhất là rất hiếm, hiếm hơn các hạt Higgs. Bây giờ người ta có thể đoán trọng lượng của các hạt, phân rã thành neutino hoặc WIMPS khác, và tìm kiếm xác suất, đó là những năng lượng xảy ra trong SNs. Bây giờ điều này phải được nhân với một mặt cắt phản ứng đoán. Một sự phân rã giả thuyết đối với WIMP sau đó nên đơn giản. Nhưng ở đây chúng ta có một chuỗi các giả định sẽ nhân lên sự không chắc chắn.

— Gerald

Có một số loại siêu tân tinh và những cách mà lõi có thể sụp đổ. Hãy thực hiện một trường hợp cực đoan trong đó sự phân hủy quang tia gamma phá hủy tất cả các nguyên tố nặng (Si, Fe và Ni, v.v.) và phá vỡ tất cả chúng thành các proton, neutron và electron. Mỗi hạt nhân giải phóng tất cả năng lượng liên kết của nó, khoảng 9 MeV cho mỗi khối lượng hạt nhân hoặc 0,9% khối lượng còn lại. Hầu hết năng lượng, tôi tin rằng, phát ra dưới dạng neutrino tương đối tính (phần còn lại trong động năng của các proton, neutron và electron). Vì vậy, một giới hạn trên là 0,9% khối lượng của lõi kết thúc bằng neutrino. Khối lượng còn lại của neutrino ít hơn nhiều, nhưng khối lượng tương đối tính có lẽ là con số phù hợp hơn.

$\Omega$ $\Omega_{stars}$ $\Omega$

— eshaya
nguồn