Sulla (minuscola) produzione di materia oscura nelle supernovae

Si ritiene che la materia oscura sia costituita da particelle, che interagiscono con la materia solo debolmente e gravitazionalmente. Un candidato comune per la materia oscura sono i cosiddetti WIMP . I WIMP, in particolare, sono pesanti e possono essere le loro stesse antiparticelle.

E come qualsiasi altra particella, le particelle di materia oscura possono essere prodotte a energie sufficientemente elevate. La massa di particelle di materia oscura non è nota, ma si stima che sia dell'ordine di - , che corrisponde alle temperature di - , a cui si prevede che queste particelle saranno prodotte. $1$ $100 \textrm{GeV}$ $T_{DM}\approx 10^{13}$ $10^{15}\textrm{K}$

Tali temperature sono enormi malapena raggiungibile in tutti i processi astrofisici ragionevoli, ma dire in core-collasso supernove nucleo neoformato ha temperature , e probabilmente più durante la fase di collasso. Quindi una stima approssimativa suggerirebbe che la quantità di materia oscura prodotta è . Oppure, in forma numerica $T_{SN,after}\approx 10^{11}\textrm{K}$ $M_{DM}\approx e^{-T_{DM}/T_{SN,max}}M_\odot$ . Ciò significa che a la quantità di materia oscura prodotta durante una supernova sarà di circa un chilogrammo. Tali temperature sono abbastanza raggiungibile per particelle DM. Quindi ci si può aspettare ottimisticamente pochi chilogrammi di materia oscura prodotta per supernova. $\log_{10}(M_{DM}/\textrm{kg})=30.3-0.43(T_{DM}/T_{SN})$ $T_{SN}=1.4\cdot 10^{-2}T_{DM}$ $1 \textrm{GeV}$

Ora la domanda Qual è la tipica produzione di materia oscura nelle supernovae a collasso centrale? Una buona risposta, immagino, sarebbe un'espansione più solida della stima esistente. Qualsiasi commento costruttivo è il benvenuto.

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— Alexey Bobrick
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Risposte:

I WIMPS più favoriti al momento sono probabilmente i neutralinos, vedi http://en.wikipedia.org/wiki/Neutralino

Queste particelle sono puramente ipotetiche al momento. Le stime di massa nel precedente articolo di Wikipedia per la gamma di neutralino più leggera tra 10 e 10.000 GeV, il che significa che i tassi di produzione nei SN saranno molto più bassi rispetto a un 1 GeV ipotizzato. Tassi di produzione più elevati avrebbero già dovuto essere rilevati a LHC.

Quindi dalla non rilevazione (sotto forma di perdita di energia) di WIMPS a LHC dovrebbe essere possibile una stima di un limite superiore dei tassi di produzione in SN.

— Gerald
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Sarei ancora curioso di conoscere una stima del genere. Sono poche particelle, o è un nanogramma che potremmo aspettarci, o è persino da qualche parte al di sopra dei macroscali? Un altro punto che ostacola la produzione, fatta eccezione per la gamma di energia prevista, è ovviamente dovuto agli incroci di reazione. Possono anche essere piuttosto bassi.

— Alexey Bobrick,

@AlexeyBobrick Un'ipotesi è che i DM WIMPS sono prodotti di decomposizione di particelle più pesanti. Gli SN possono raggiungere energie molto più elevate dell'LHC, fino a circa 10e19 eV. Se la produzione di WIMPS procede in questo modo, le particelle cosmiche ad alta energia possono essere un'ulteriore fonte di informazioni. Questa è una speranza che posso dare per la produzione DM in SN, nonostante la mancanza di LHC. Esito a fornire numeri, perché esistono troppe ipotesi non confermate. Tutto potrebbe essere sbagliato.

— Gerald

vero, ed è ovviamente dipendente dal modello. Tuttavia, anche una stima approssimativa per un modello particolare sarebbe interessante. Si noti inoltre che 1) i raggi cosmici più energetici molto probabilmente non vengono prodotti nelle supernovae, 2) è termico, non il moto di massa, che conta per le reazioni.

— Alexey Bobrick,

Si ritiene che i raggi cosmici osservati più energetici siano prodotti in un buco nero "vicino", che deve ancora essere confermato. Ma in tal caso, ciò potrebbe accadere anche quando le supernove collassano in un buco nero, sebbene una buona correlazione tra GRB (che potrebbe essere associata a SN) e CR ad alta energia non potrebbe essere confermata finora. I raggi cosmici ad alta energia sono limitati nel loro viaggio dallo sfondo di microonde cosmico spostato in blu e dalla perdita di energia associata. Le idee attuali sulla formazione di WIMP, per quanto posso prevedere, tendono al decadimento di particelle più pesanti.

— Gerald

... più o meno come il decadimento dei nucleoni produce neutrini. Una produzione diretta di neutrini con una massa inferiore a 100 GeV sembra piuttosto improbabile o almeno molto rara, più rara delle particelle di Higgs. Ora si può indovinare il peso delle particelle, che decadono in neutralinos o altri WIMPS, e cercare le probabilità che queste energie si manifestino negli SN. Ora questo deve essere moltiplicato con una sezione trasversale di reazione indovinata. Un ipotetico decadimento per i WIMP dovrebbe quindi essere semplice. Ma qui abbiamo una sequenza di ipotesi che moltiplicheranno le incertezze.

— Gerald

Esistono diversi tipi di supernova e modi in cui il nucleo può collassare. Prendiamo un caso estremo in cui la fotodisintegrazione a raggi gamma distrugge tutti gli elementi pesanti (Si, Fe e Ni, ecc.) E li scompone in protoni, neutroni ed elettroni. Ogni nucleo rilascia tutta la sua energia di legame, circa 9 MeV per massa del nucleone o 0,9% della massa di riposo. La maggior parte dell'energia, credo, viene fuori sotto forma di neutrini relativistici (il resto nell'energia cinetica di protoni, neutroni ed elettroni). Quindi, un limite superiore è che lo 0,9% della massa del nucleo finisce nei neutrini. La massa restante dei neutrini è molto inferiore, ma la massa relativistica è probabilmente il numero più rilevante.

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

— eshaya
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