Ist Dunkle Materie supersymmetrisch ?

W. de Boer, M. Herold, C. Sander, V. ZhukovIEKP ­ Universität Karlsruhe

DPG 2004 in Mainz

Index

DPG 2004 – Mainz C. Sander

Zwei Probleme der Astrophysik:

1) Dunkle Materie (DM)

2) Überschuss im GeV Bereich in Spektren kosmischer Strahlung (CR)

Supersymmetrie hält Lösung für beide Probleme bereit

1) Neutralino ist guter DM Kandidat

2) Neutralinoannihilation gibt Beitrag zur CR

Es ist möglich mit einem SUSY Modell alle Überschüsse zu erklären!

Dunkle Materie

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Rotationskurven von Galaxien DM Halo

Universum ~ flach Ω = Ωcrit

(WMAP)

Weniger als 1/3 der Dichte ist Materie (WMAP)

Nur 4% sind baryonische Materie (WMAP)

Überwiegend kalte DM (WMAP)

Wechselwirkung zwischen DM und normaler Materie schwach WIMPs

Weakly Interacting Massive Particles

Kosmische Strahlung

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Galaxie­Modell aus CR Spektren (z.B. e, p, prim/sec) Programm: GalProp 42.2 (I.Moskalenko & A.Strong)

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A

Gamma Spektren

B C

E FD

Moskalenko, Strong, Reimer (astro­ph/0402243)

Region Long |Lat|A 330­30 0­5B 30­330 0­5C 90­270 0­10D 0­360 10­20E 0­360 20­60F 0­360 60­90

p + p π + X γ γ + Xe + γ e' + γ '; e + p e' + p' + γ

Gamma Überschuss

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Überschuss für unterschiedliche

Himmelsregionen hat gleiche

Energieabhängigkeit

zusätzliche Quellen gleicher Art, z.B.

Annihilationssignal von DM Halo

SUSY und Neutralinos

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SUSY gibt jedem Teilchen ein Partnerteilchen Partner von Photon und Higgs sind Neutralinos

Neutralinos erfüllen alle Eigenschaften eines WIMP

Für tan β > 5 ist bbquer dominantHadronisierung und Zerfall in e+, e­, p, pbar, γ, ν

Das Halo Modell

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Navarro, Frenk & White Profile

r=0⋅ ra −

⋅[1 ra ]

−

α = 1, β = 3, γ = 0.4, a = 10 kpc

Stauchung in z um 0.7 und in xy um 0.8 Drehung um Vertikale Achse um ~25°

ein breiter Ring bei 0.6 R0 und 1.3 R

0

ein schmaler Ring bei R0 mit Exzentrizität 0.8 um 90° in

galaktischer Ebene gedreht

P.Sikivie, B. Moore, C.J. Hogan

Ergebnisse – pbar und e+

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Neutralinoannihilation konsistent mit Positronen ­ und Antiprotonen – Spektrum

Boostfaktoren haben gleiche Größenordnung

Ergebnisse ­ Gammas

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Signifikante Verbesserung durch Neutralinoannihilation

(~4 σ )

DM ist geklumpt Boostfaktoren

Supersymmetrisches Modell kompatibel mit:

Br (b Xsγ ), ∆ a

µ, m

h, Ω

DM

Ergebnisse – Longitudinaler Scan

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Signifikante Verbesserung durch Halo mit Ringen (~4 σ )

Ergebnisse – Latitudinaler Scan

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Halo konsistent mit latitudinalem Profil

Zusammenfassung

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Supersymmetrische Neutralinos lösen 2 Probleme der Astrophysik:

1) Guter WIMP Kandidat2) Neutralinoannihilation erklärt Überschuss in CR

Spektren im GeV Bereich

Es ist möglich mit einem SUSY Modell:z.B. m

0=1500, m

1/2=250, A

0=750, tan β=51.85

und einem Halomodellkonsistent mit CR Daten zu sein und die long. und lat.

Profile der γ 's zu beschreiben!