El exceso de positrones de AMS-02 como señal de la materia oscura

Posted by: DTR Posted date: 4/08/2013 / comment : 0

Interpretar el exceso de positrones observado por AMS-02 (además de por PAMELA y Fermi) como una señal de la aniquilación de una partícula (χ) de materia oscura requiere utilizar ajustar un modelo de la desintegración (como χχ→μμ, o χχ→WW) y una composición “razonable” para la materia oscura galáctica. El número de parámetros libres es grande y se pueden realizar muchos ajustes fácilmente. Mientras no se observe una señal de corte clara en los datos de AMS-02, decidir entre diferentes modelos es imposible. Esta figura muestra un ajuste a la desintegración χχ→μμ de una partícula de masa m(χ)=670 GeV, más allá de lo observable en el LHC (por el momento). Los detalles los podéis disfrutar en Joachim Kopp (MPIK Heidelberg), “Constraints on dark matter annihilation from AMS-02 results,” arXiv:1304.1184, 3 Apr 2012.

 



Como la colaboración AMS-02 ha omitido airear sus datos sobre el exceso de positrones por encima de 260 GeV no es posible saber cuál es el modelo más adecuado para dicha señal. Más aún, incluso si se hubieran publicado dichos datos, descartar la hipótesis de que el origen del exceso son púlsares (que implican que el exceso se “aplana” y cae “suavemente”) es imposible. Pero aún hay más, su origen podría ser una combinación de materia oscura (por ejemplo, una esfera isoterma de partículas χ con una masa de unos 100 GeV que se desintegran en el canal χχ→µµ) y de púlsares, como muestra esta figura. Quizás nunca sea posible que los datos de AMS-02 (solamente) puedan descartar que el origen de la señal es debida a la presencia de púlsares. Más información en Lei Feng et al., “AMS-02 positron excess: new bounds on dark matter models and hint for primary electron spectrum hardening,” arXiv:1303.0530, 4 Apr 2013. Más información en Andrea De Simonee et al., “Interpretation of AMS-02 Results: Correlations among Dark Matter Signals,” arXiv:1304.1336, 4 Apr 2013.

Esta figura compara lo esperado para un fondo de púlsares (arriba) y para la aniquilación de materia oscura (abajo). Por supuesto, estas curvas dependen del tipo de desintegración permitido a la materia oscura, su masa, etc. Más ejemplos de este tipo de figuras, junto a más detalles técnicos en Qiang Yuan et al., “Implications of the AMS-02 positron fraction in cosmic rays,” arXiv:1304.1482, 4 Apr 2013.

La posibilidad que futuros datos de AMS-02 (a corto plazo) clarifiquen la situación (materia oscura vs púlsares) sólo se espera en algunos escenarios exóticos en los que el exceso cae de forma muy brusca a cierta energía de corte, como en ciertos modelos para la materia oscura basada en gravitinos (como ilustra la curva a trazos en esta figura). Obviamente, salvo dichos casos excepcionales, AMS-02 nos ofrecerá mucha información, pero es muy difícil que sea la necesaria y suficiente para desvelar las propiedades de la partícula responsable de la materia oscura (si existe tal partícula). Más información sobre estos modelos exóticos en Masahiro Ibe et al., “Recent Result of the AMS-02 Experiment and Decaying Gravitino Dark Matter in Gauge Mediation,” arXiv:1304.1483, 4 Apr 2013.


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