Consistent explanation for the cosmic-ray positron excess in $p$-wave Breit-Wigner enhanced dark matter annihilation
如果暗物质粒子通过窄共振湮灭，那么由于Breit-Wigner增强，星系晕中的暗物质湮灭相对于早期宇宙中的暗物质湮灭会增强。虽然$s$波Breit-Wigner增强可以对观测到的宇宙射线（CR）正电子过剩和DM热遗迹密度提供一致的解释，但它受到矮球状卫星星系（dSphs）γ射线观测和宇宙微波背景（CMB）的严重限制，它们的允许DM湮灭截面和典型DM速度都比星系晕中的低。此外，在$s$波Breit-Wigner增强中，由于随着DM速度的减小而单调增加的湮灭截面，排除了共振质量低于阈值（DM质量的两倍）的情况。在这项工作中，我们考虑Breit-Wigner增强$p$波DM湮灭。我们探索的参数区域，可以同时占CR正电子过剩和DM热遗迹密度，而不违反dSphs伽马射线和CMB的约束。我们表明，在这种情况下，速度依赖的横截面可以达到峰值附近的典型DM速度在星系晕的共振质量以上和以下的阈值。此外，在极低的DM速度下，湮灭截面被高度抑制，可以很容易地避开dSphs γ射线和CMB的约束，这导致了比$s$ -波情况下更大的允许参数区域。
2021-10-20 hep-ph
Cusp Annihilation on Ordinary Cosmic Strings
用微扰方法计算了普通宇宙弦上从尖点到轻玻色子的能量发射的数量级。该分析适用于闭合弦环和长宇宙弦。这里得到的微扰结果比非微扰近似的结果小得多。
1993-07-16 astro-ph hep-ph
Cosmic Ray Constraints On the Annihilation of Heavy Stable Neutrinos in the Galactic Halo
我们对宇宙线中的反质子、正电子、电子和光子的通量进行了详细的分析，这些通量是由遗留重中微子在星系晕中湮灭而产生的。粒子谱用蒙特卡罗模拟计算。计算结果表明，高能宇宙线正电子能谱的研究可以为银河系中超重中微子的湮灭提供一个独特的信号，并提供有关暗物质粒子参数的重要信息。
1997-04-14 astro-ph hep-ph
Angular correlations in the cosmic gamma-ray background from dark matter annihilation around intermediate-mass black holes
暗物质（DM）的湮灭原则上可能有助于扩散宇宙伽马射线背景（CGB）。虽然在宇宙学和粒子物理学参数的标准假设下，这种贡献预计会相当小，但许多过程可能会提高它，包括比预期更大的DM湮灭截面，或者DM子结构的出现，例如中等质量黑洞周围的DM迷你尖峰。我们发现，角相关的CGB提供了一个工具，解开的DM湮没在迷你尖峰从传统的天体物理组件引起的信号。作为一个已知的背景处理耀变体，我们研究了用费米伽玛射线空间望远镜探测DM湮灭的前景，DM质量和湮灭通道的不同选择。
2008-11-28 astro-ph hep-ph
Cosmic Ray Positrons from Annihilations into a New, Heavy Lepton
PAMELA实验的最新结果表明，在10 GeV以上的正电子谱中存在过剩，但反质子数据与预期的天体物理背景一致。我们提出了一个方案，再现这些功能。暗物质湮灭通过一个新的重矢量轻子的通道，然后通过与标准模型轻子混合而衰变。如果带电，这种重轻子可能在LHC中产生，并可能导致多轻子终态或长寿命的带电轨道。大型的中微子探测器如ANTARES或IceCube可能对单色中微子线敏感。这个场景可以简单地嵌入到各种模型中，包括对NMSSM的扩展。
2009-01-29 hep-ph
Cosmic constraints rule out s-wave annihilation of light dark matter
光暗物质湮灭成电子-正电子对时会发出大量的内部韧致辐射，这可能是宇宙伽马射线背景的一部分。伽马射线的发射量取决于暗物质的聚集因子。最近的计算表明，该值应该是$10^6-10^7$阶。这使我们能够计算出预期的伽马射线背景贡献从暗物质湮灭。我们发现，轻暗物质模型可以排除，如果一个恒定的热平均截面假设（s波湮灭）。然而，对于更大质量的暗物质候选者，如中性伴子，宇宙约束就更弱了。
2009-01-12 astro-ph hep-ph
The TeV Cosmic-Ray Anisotropy from Local Dark Matter Annihilation
几个实验已经报道了TeV的天空中有过量宇宙射线的区域。在这里，我们考虑的可能性，多余的宇宙射线是来自附近的暗晕中的暗物质湮灭。我们提供的动机，暗物质的来源过剩，并表明，暗物质湮灭可以自然地产生宇宙射线的各向异性，而不需要外来的暗物质模型。我们表明，宇宙射线过剩的可行的暗物质的解释是一致的反质子，正电子和伽马射线的电流测量。此外，我们表明，观测到的各向异性的暗物质的解释预测检测在几个宇宙射线通道的下一代实验。
2013-07-24 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
Cosmic Microwave Background constraint on residual annihilations of relic particles
在红移z<10 ^6处注入宇宙微波背景的能量将永久地扭曲它的光谱。本文讨论了残余粒子湮灭引起的畸变。我们使用观测范围偏离普朗克谱约束湮灭截面，质量和丰度的组合。对于具有（s波）湮灭截面的粒子，<σ |v| >=σ_0，则约束为f[（σ_0/6e-27cm^3/s）（Ω_{X \bar{X} }h^2）^2]/（m_X/MeV）<0.2，其中m_X是粒子质量，Ω_{X \bar{X} }是粒子及其反粒子在存活到现在时贡献的临界密度的分数，h=H_0/（100 km/s/Mpc），H_0是哈勃常数，f是湮灭能中电磁相互作用的部分。我们还计算了p波湮灭的不太严格的限制。我们更新了其他的剩余零化的界限，并将它们与我们的CMB界限进行比较。
2000-08-09 astro-ph hep-ph
Cosmic-ray antiprotons from neutralino annihilation in the halo
我们报告的主要结果的一份文件，最近的低能量宇宙射线$\bar p$光谱数据进行了分析，在新计算的次级反质子通量和一个外来的信号，由于中性伴子湮灭在星系晕的可能贡献。我们还提出了一份文件中，我们已经证明了相当大的一部分的超对称中性伴子配置，挑选出的DAMA/NaI数据在WIMP直接搜索可能的年度调制效应，可能提供可检测的宇宙射线反质子信号。
1998-12-03 astro-ph hep-ph
A conservative assessment of the current constraints on dark matter annihilation from Cosmic Rays and CMB observations
鉴于目前的兴趣，结合不同的观测约束湮灭WIMP暗物质，我们研究索末菲效应之间的关系，在重组时代和星系晕。通过考虑宇宙射线轻子数据（AMS-02 2014，Fermi和PAMELA）的最新插值集合，作为暗物质湮灭信号，我们表明，目前的宇宙射线测量和最近的普朗克2015年从CMB各向异性的限制几乎重叠的数量级的几个$TeV$的暗物质质量，虽然很大的理论不确定性困扰宇宙射线和暗物质的描述。结合宇宙射线拟合，我们得到适当的最小区域允许的CMB观测，特别是$μ$和$τ$湮灭通道，一旦假设可行的值的能量吸收在复合的效率因子：结果是一致的普朗克合作，但允许宇宙射线之间的重叠从轻子部门和CMB的约束。即将到来的AMS-02对宇宙射线反质子的测量将有助于澄清这个难题。
2015-08-31 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic Rays from Dark Matter Annihilation and Big-Bang Nucleosynthesis
PAMELA和ATIC实验对宇宙射线电子和正电子通量的测量表明存在具有大湮灭截面的湮灭暗物质。我们表明，大爆炸核合成时期的暗物质湮灭影响轻元素丰度，并给出了严格的约束，这种情况下的强子湮灭的暗物质的湮灭方案。对轻子湮灭暗物质模型的限制就不那么明显了。
2009-06-29 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
The electron-flavored Z'-portal dark matter and the DAMPE cosmic ray excess
DAMPE实验最近报告了存在过量高能电子和正电子的强烈迹象。如果用暗物质的湮灭来解释，DAMPE的结果将暗物质质量和可能的湮灭通道限制在少数情况下。在本文中，我们解释的DAMPE结果与电子味$Z^\prime$ -门户费米子暗物质。我们表明，狄拉克暗物质的情况下是有希望的，通过过程$\bar χχ\to\mathbf{Z}'\to \bar e e$来解释过剩。约化湮没截面被限制在$10^{-26}\sim 10^{-24}~{\rm cm^3 s^{-1}}$的范围内，以解释过量。
2017-12-04 hep-ph
Cosmic Deconstructionism
暗物质是由早期宇宙中不完全粒子-反粒子湮灭的WIMP残余物组成，在引力束缚的大尺度结构中经历持续的湮灭。这种湮灭将在遥远的宇宙未来产生重要的后果，因为湮灭的时间尺度变得与宇宙的年龄相当。从星系卫星到星系团的大部分大尺度结构都将消失。
2007-02-13 astro-ph gr-qc hep-ph
Can high energy neutrino annihilation on relic neutrinos generate the observed highest energy cosmic-rays?
聚集在星系晕或附近星系团晕中的大爆炸遗留的质量为$\sim 1$ eV的中微子上的高能$\sim 10^{21}$ eV中微子的湮灭被认为是通过强子Z衰变产生高能核子和光子的原因，这可能解释了探测到的大于10^{20}eV的宇宙射线的通量。我们发现，由这一过程产生的高能核子和光子的通量主要是在均匀的、非团簇的中微子背景上湮灭的，并且为了解释探测到的>10 ^{20}eV粒子的通量，10 ^{21}eV中微子的能量产生率需要>10^{48} erg/Mpc^3 yr。这个能量产生率，相当于宇宙的总光度，比解释大于10^{19}eV宇宙射线通量所需的高能核子产生率大4个数量级。因此，为了使中微子湮灭对探测到的大于10^{20}eV的宇宙射线的通量有显著贡献，就必须提出一种新的高能中微子源的存在，这种高能中微子源可能与大于10^{19}eV的宇宙射线源无关。
1998-04-02 astro-ph hep-ph
Study of positrons from cosmic rays interactions and cold dark matter annihilations in the galactic environment
正电子和电子宇宙射线为研究银河系环境提供了一种互补的方法。实际的宇宙射线实验，如PAMELA和HEAT，已经在这一领域取得了令人兴奋的结果。观测到的正电子分数似乎大于实际的理论预测能量大于10 GeV。暗物质与超越标准模型理论的间接证据表明，宇宙射线信号中存在额外的贡献。我们研究和计算了一个通用的暗物质候选者的湮灭产生的正电子信号。特别分析了正电子湮没的典型特征以及CR传输物理对正电子信号的影响。此外，我们还研究了与原子核宇宙射线与星际气体之间的散射过程有关的正电子信号。我们分析了核截面、核宇宙线和CR传播物理中存在的不确定性的影响。正电子的传播是按照在核宇宙线研究中得到成功验证的双区传播模型来模拟的，它为研究宇宙线物理提供了一种分析方法。
2009-02-04 astro-ph hep-ph
SIMP dark matter and its cosmic abundances
本文综述了$3\rightarrow 2$和一般高阶过程的湮没截面的热平均。高阶湮灭的热平均值与暗物质的运动速度密切相关，特别是在有共振极点的情况下。我们展示了这样的例子标量暗物质规范$Z_3$模型。
2017-08-20 hep-ph
Which fraction of the measured cosmic-ray antiprotons might be due to neutralino annihilation in the galactic halo?
我们分析了低能宇宙射线反质子谱的数据，最近公布的BESS合作，在新计算的次级反质子的流量和奇异的信号，由于中性伴子湮灭在星系晕的可能贡献。我们挑出相关的超对称配置，并讨论其可探索性与粒子暗物质的直接搜索实验和在加速器。我们将讨论未来的测量与阿尔法磁谱仪（AMS）的航天飞机飞行可能解开中性子诱导的贡献从次要的。
1998-04-14 astro-ph hep-ph
Quantum Kinetic Equation and Cosmic Pair Annihilation
利用影响泛函方法研究了早期宇宙中重稳定粒子对的湮灭，导出了湮灭粒子动量分布的量子动力学方程。玻色子场论模型被用来描述在衰变产物粒子的存在下，使热环境中的对湮灭。一个交叉对称哈特里近似，确定自洽的平衡分布的开发，否则难以处理的理论。推导了时间演化方程及其马尔可夫近似，得到了包含离壳效应的广义Boltzmann方程。这个方程中能量积分的窄宽度近似给出了轻粒子热浴中的通常玻尔兹曼方程。离壳效应在高温下是对玻尔兹曼方程的修正，但在低温下占主导地位。该效应将平衡分布从熟悉的$1/(e^{ω_{k}/T} - 1)$改变为由吉布斯公式给出的修改后的平衡分布。在动量上积分，对于S波湮灭，在低温下粒子数密度大致为$\times \sqrt{T/M}\cdot T^{3}$级（耦合）。在大范围的质量和耦合参数范围内，当前宇宙中的残余质量密度对耦合强度不敏感，并且与WIMP质量成比例关系为（\approx 6 \times 10^{4} eV cm^{-3}（M/GeV）^{4/3}）。从封闭密度的约束给出了一个上WIMP质量约束约为1阶$GeV$在本模型中。
1998-11-11 hep-ph
Dark Matter Annihilation: the origin of cosmic gamma-ray background at 1-20 MeV
1-20 MeV的宇宙伽马射线背景的起源仍然是一个谜。我们发现，伽马射线发射伴随湮灭的20兆电子伏的暗物质粒子解释了大部分观测到的信号。我们的模型满足所有目前的观测约束，并自然提供了起源的“失踪”的伽马射线背景在1-20 MeV和511 keV线发射从银河系中心。我们的结论是，伽玛射线观测支持20兆电子伏的暗物质粒子的存在。对这一能带中伽马射线背景的改进测量无疑验证了我们的提议。
2005-09-12 astro-ph hep-ph
The Leptonic Higgs as a Messenger of Dark Matter
我们认为PAMELA和ATIC观测到的轻子宇宙线信号是由暗物质粒子通过轻子希格斯偶态到$τ$轻子的湮灭或衰变产生的，从而将暗物质的宇宙线信号与希格斯扇区的LHC信号联系起来。轻子希格斯偶态的能量比200 GeV轻，在LHC中产生了很大的$\barτ τ$和$\barτ τ\barτ τ$事件率。简单的模型给出的暗物质粒子和它的相互作用与轻子希格斯粒子，宇宙射线信号所产生的湮灭和衰变的星系晕。在湮灭的情况下，宇宙光子和中微子信号即将被发现。
2009-02-19 hep-ph
Diffuse $γ$-rays and $\bar{p}$ flux from dark matter annihilation -- a model for consistent results with EGRET and cosmic ray data
在这项工作中，我们开发了一个新的传播模型的银河宇宙射线的GALPROP代码的基础上，包括贡献的暗物质湮灭。该模型预测兼容银河弥漫$γ$射线光谱与EGRET数据在所有的天空区域。给出了漫射$γ$射线经、纬分布的一致结果。此外，B/C、$^{10}$ Be/ $^9$ Be、质子、电子和反质子谱的计算结果也与宇宙线测量结果一致。在这个模型中，由于质子能量损失可以忽略不计，我们在没有引入大的涨落的情况下，得到了银河系中普遍的质子谱。考虑到暗晕的贡献后，暗物质湮灭信号被“增强”。该模型的另一个有趣的特点是，当采用与超新星遗迹数据兼容的源分布时，它可以更好地描述弥漫的$γ$射线，这与以前的研究不同。
2008-10-01 astro-ph hep-ph
Indirect Dark Matter Signatures in the Cosmic Dark Ages I. Generalizing the Bound on s-wave Dark Matter Annihilation from Planck
普朗克最近对宇宙微波背景辐射各向异性的测量提供了一个探测宇宙暗时代暗物质湮灭的灵敏探针，并特别限制了湮灭参数$f_\mathrm{eff} \langle σv \rangle/m_χ$。使用新的结果（文件II）的电离产生的粒子注入在任意能量，我们计算并提供$f_\mathrm{eff}$值的光子和$e^+e^-$对注入keV-TeV的能量; $f_\mathrm{eff}$值的任何暗物质模型可以直接通过加权这些结果的湮没产物的光谱。这一结果允许敏感和强大的约束暗物质湮灭提出的普朗克合作被应用到任意暗物质模型与$s$波湮灭。我们证明了这种方法的有效性，使用主成分分析。作为一个例子，我们整合了一系列的标准模型最终状态的湮没产物的光谱，以确定这些模型的CMB边界作为暗物质质量的函数，并证明了新的限制一般排除模型提出解释所观察到的高能上升的宇宙射线正电子分数。我们在http://nebel.rc.fas.harvard.edu/epsilon上公开我们的结果。
2015-08-04 astro-ph.CO hep-ph
Impact of a nearby subhalo on the constraint of dark matter annihilation from cosmic ray antiprotons
本文通过分析宇宙线反质子能谱，定量评估邻近子暗晕对暗物质湮灭截面限值的影响，并发现AMS-02反质子数据未限制该子暗晕在约1.4 TeV处的贡献。
2023-09-19 astro-ph.HE hep-ph
Neutrinos from the Annihilation or Decay of Superheavy Relic Dark Matter Particles
鉴于越来越多的证据表明，最高能量的宇宙射线主要是质子，而不是伽马射线，我们讨论的前景，这些宇宙射线产生的衰变或湮灭的超重遗迹粒子。我们计算了由此产生的高能中微子能谱，并将计算结果归一化到超高能宇宙线能谱。我们表明，大多数scenerios已经受到限制，目前的限制放置的AMANDA实验。
2002-04-09 astro-ph hep-ph
Ultra-high energy cosmic rays from annihilation of superheavy dark matter
我们考虑了超高能宇宙射线起源于残余超重暗物质粒子湮灭的可能性。我们发现，<sigma_A v>如果超重暗物质遵循Navarro-Frenk-White密度分布，则需要~ 10^{-26} cm ^2（M_X/10^{12}GeV）^{3/2}的截面来解释观测到的超GZK事件的发生率。这将需要对湮灭截面有极大的-l贡献。我们还计算了可能的签名，从湮灭在亚星系团的暗物质，并发现，从子块的信号占主导地位，并可能解释所观察到的流量与一个小得多的横截面比如果超重暗物质是平滑分布。最后，我们讨论了预期的各向异性的到达方向的宇宙射线，这是一个特征签名的这种情况。
2001-11-19 astro-ph hep-ph hep-th
Revisit of cosmic ray antiprotons from dark matter annihilation with updated constraints on the background model from AMS-02 and collider data
我们研究了宇宙线反质子的传播，质子注入，太阳调制参数的基础上，最新的AMS-02数据在地球附近和旅行者数据在本地星际空间，和反质子产生的截面质子碰撞的基础上，新的对撞机数据更新的约束。我们使用贝叶斯方法来适当地考虑模型预测的背景和反质子的暗物质（DM）湮灭组件的不确定性。我们发现，包括一个额外的组件的反质子湮灭的DM粒子到一对夸克可以改善AMS-02的反质子数据的拟合显着。DM粒子的最佳质量约为$60\sim100$ GeV，湮没截面约为DM的热产生（$\langleσv\rangle \sim O(10^{-26})$ cm $^3$ ~s $^{-1}$）。
2018-05-30 astro-ph.HE hep-ph
Antineutrino-neutrino and antineutrino-electron resonant annihilation through rho and other vector mesons
当s-通道的能量等于J^P=1^-矢量介子的质量时，\bar{nu} e^-> pi^-pi ^0和nu e^+ --> pi^+ pi ^0反应具有共振结构。共振截面的量级为10^{-38} cm ^2，对应的宇宙线反中微子能量范围为0.2 ~ 2 TeV。类似的结构发生在宇宙线反中微子与残余（背景）中微子的湮灭中。对于m_{nu} <= 10^{-3} eV，共振能量高于GZK极限，并且它们的衰变产物包括多个γ射线。可能的检测方案进行了讨论，特别是那些依赖于切伦科夫辐射。
2002-07-23 hep-ph
The impacts of dark matter particle annihilation on recombination and the anisotropies of the cosmic microwave background
宇宙的复合历史为限制暗物质粒子的湮灭提供了一个有用的工具。即使是宇宙黑暗时代湮灭的一小部分暗物质粒子也能提供足够的能量来影响重子气体的电离状态。虽然这种效应对于中性伴子来说太小了，但较轻的暗物质候选粒子，例如质量为1-100 MeV的，最近被提出来解释银河系中心观测到的过量正电子，可能会在宇宙微波背景（CMB）温度和极化各向异性上产生可观测到的差异。复合时代的湮灭主要影响小角尺度（大$\ell$）的CMB各向异性，与早期再电离的影响有明显不同。我们进行了多参数分析的CMB数据，包括两个WMAP的第一年和第三年的数据，和ACBAR，Boomerang，CBI，和VSA的数据。假设观测到的银河系中心区域多余的$e^+e^-$对是由暗物质湮灭产生的，并且湮灭中产生的相当大一部分能量在复合过程中沉积在重子气体中，我们用当前的数据集得到$M<8 \MeV$的暗物质质量极限为95。
2006-11-30 astro-ph hep-ph
Positrons in Cosmic Rays from Dark Matter Annihilations for Uplifted Higgs Regions in MSSM
我们指出，有区域的MSSM参数空间，成功地提供了一个暗物质（DM）湮没解释所观察到的正电子过剩（如PAMELA），同时仍然与所有其他数据集的协议。这样的区域（例如抬升的希格斯区域）可以通过CP奇希格斯通道通过Breit-Wigner共振实现增强的中性伴子DM湮灭为轻子。这样的区域可以给出适当的热遗迹DM丰度，DM湮灭产物与当前的反质子和伽马射线观测是兼容的。这种情况可以成功，而无需引入任何额外的自由度，超出MSSM中已经存在的自由度。
2010-03-23 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
Sommerfeld-Enhanced Annihilation in Dark Matter Substructure: Consequences for Constraints on Cosmic-Ray Excesses
在暗物质（DM）的模型与Sommerdos增强的湮灭，其中的湮灭率的比例为速度的倒数，DM结构形成的N体模拟表明，当地的湮灭信号可能占主导地位的小，密集，冷的subhalos。这与通常假设的信号来自平滑DM晕形成对比，具有高得多的速度色散。占当地的子结构修改的参数空间，索末菲增强湮灭DM可以解释的PAMELA和费米过剩。来自内星系和宇宙微波背景的限制被削弱，而不会引入新的张力与子结构相关的限制，如矮星系或各向同性伽马射线研究。有了子结构，以前排除的介质质量约1-200 MeV的参数区域现在很容易被允许。对于O（MeV）介质，在特定范围内的主机晕质量的subhalos可能会蒸发，进一步抑制扩散信号，而不影响在银河系的子结构。
2012-10-13 astro-ph.CO hep-ph
Dark matter annihilation or unresolved astrophysical sources? Anisotropy probe of the origin of cosmic gamma-ray background
宇宙伽马射线背景（CGB）的起源是高能天体物理学中长期存在的一个谜。可能的候选者包括普通的天体，如未解决的耀变体，以及更奇特的过程，如暗物质湮灭。虽然很难单独从平均强度数据中区分它们，但可以使用各向异性数据来代替。我们研究了来自未分辨耀变体和暗物质湮灭（包括来自暗物质子结构的贡献）的CGB各向异性，发现来自这些源的角功率谱是非常不同的。然后，我们专注于检测暗物质湮灭信号的各向异性数据，通过处理未解决的耀变体组件作为一个已知的背景。我们发现，只要暗物质湮灭贡献了一个合理的分数，暗物质的签名应该是可检测的角功率谱的CGB从两年的全天空观测与伽马射线大面积空间望远镜（GLAST），例如，>~ 0.3，在大约10 GeV的CGB。我们的结论是，各向异性测量的CGB与GLAST应该是一个强有力的工具，揭示CGB的起源，并有可能为第一次检测到的暗物质湮灭。
2007-03-07 astro-ph hep-ph
Amount of Antiprotons in Cosmic Rays due to Halo Neutralino Annihilation
我们评估的反质子-质子通量比，可以产生的中性伴子-中性伴子湮灭在星系晕，考虑最一般的组成为遗迹中性伴子和建模的中性伴子局部密度根据其遗迹丰度。我们发现，在混合中性伴子组合物的情况下，这个$\bar p/p$比高于纯希格斯或高吉诺。它示出了如何预期的改善灵敏度的新的测量的$\bar p/p$可以提供非常有用的信息，补充与其他实验手段可获得的。
1994-08-30 astro-ph hep-ph
Monopole annihilation in cosmic necklaces
在早期宇宙中，两个对称性破缺跃迁的序列可能会产生磁单极子，它们的通量被限制在两个弦中，从而组装成“项链”，磁单极子就像珠子一样。这种“宇宙项链”被认为是超高能宇宙射线的来源。我们分析了这些系统的演化，并表明，基本上所有的单极子湮灭或离开字符串在早期，之后宇宙项链以类似的方式演变成一个网络的普通宇宙字符串。我们研究了对基本图像的几种修改，但在几乎所有情况下，我们发现项链上剩下的单极子太少，无法产生任何可观察到的宇宙射线。超导凝聚可能有一个小的窗口来防止湮灭，但只有当弦和凝聚尺度都很高时。
2010-03-06 astro-ph gr-qc hep-ph
Positron annihilation as a cosmic-ray probe
最近，伽马射线望远镜AGILE和费米观测到几个中年超新星遗迹（SNRs）与分子云相互作用。伽马射线的一种可能的发射机制是由宇宙射线（CR）核（强子过程）产生的中性π介子的衰变。然而，观察并不排除由于CR电子的韧致辐射的贡献。TeV伽马射线望远镜也观测到了许多SNR，并发现了许多不明来源。目前还不清楚TeV的伽马射线辐射是通过轻子过程还是强子过程产生的。在这封信中，我们提出，由CR核产生的次级正电子的湮灭发射是强子过程的诊断工具。我们研究了分子云中CR质子产生的次级正电子和电子的MeV辐射。从观测到的γ射线通量可以稳健地估计次级正电子的湮没发射。AGILE和Fermi观测到的SNRs湮灭线的预期通量足以让未来的高级康普顿望远镜探测到。此外，还可以通过未来的X射线望远镜NuSTAR和ASTRO-H观测到次级正电子和电子的同步辐射以及CR质子的韧致辐射。
2012-01-04 astro-ph.HE hep-ph
Signatures of dark matter annihilation in the light of PAMELA/ATIC anomaly
PAMELA和ATIC实验对宇宙射线电子和正电子通量的测量表明存在具有大湮灭截面的湮灭暗物质。我们讨论了它与其他天体物理学/宇宙学观测的可能关系：伽马射线，中微子和大爆炸核合成。结果表明，它们对某些湮灭暗物质模型给出了严格的约束。
2009-03-27 hep-ph
The high energy window of probing dark matter with cosmic-ray antideuterium and antihelium
在低于GeV的低动能下，宇宙线反核通常被认为是暗物质间接探测的重要观测量。由于初级CR通量向高能量快速下降，预期CR中的次级反核在高能量区域（每个核子$\gtrsim 100$ GeV）中被显著抑制。如果DM粒子很重，DM的湮没产生可以得到很大的提高，因此DM湮没产生的反核通量在高能时可以超过次级本底，这为DM的间接探测打开了一个高能窗口。我们研究了探测湮灭成高能反核的重DM粒子的可能性。利用蒙特卡罗产生器$\texttt{PYTHIA}$、$\texttt{EPOS-LHC}$和$\texttt{DPMJET}$以及合并模型模拟了反核的产生，并利用AMS-02和HAWC的反质子数据以及HESS星系中心γ射线数据约束了DM湮灭截面。我们发现，这一结论取决于DM密度分布的选择。对于DM粒子质量为$\gtrsim 10$ TeV的"Cored"型分布，DM湮灭的贡献可以超过高能区的次级背景，这打开了高能窗口。而对于"Cuspy"型轮廓，多余的消失。
2021-03-30 hep-ph
Cosmic rays from annihilation of heavy dark matter particles
该研究提出重稳定费米子暗物质由$R^2$引力标量子衰变产生且质量略低于标量子质量一半的假设，论证其可匹配观测暗物质密度，并证明其在多种天体环境中的湮灭能解释标准机制无法解释的超高能宇宙射线起源。
2024-05-21 astro-ph.HE hep-ph
Anisotropy of the cosmic gamma-ray background from dark matter annihilation
来自暗物质湮灭的高能光子对宇宙伽马射线背景（CGB）有贡献。由于暗物质粒子的相互作用很弱，湮灭只能发生在高密度区域，如暗物质晕。CGB能谱的精确形状取决于暗物质粒子的性质，以及暗物质晕的宇宙学演化。然而，为了区分来自暗物质湮灭和其他天体物理来源的信号，来自能谱的信息可能是不够的。我们发现，暗物质湮灭也产生了一个特征的各向异性的CGB，这提供了一个强有力的工具来测试的起源。我们发展的形式主义的基础上晕模型的方法来计算三维功率谱的暗物质结块，这决定了功率谱的湮灭信号。如果暗物质粒子是超对称中性伴子，并且它们占了GeV范围内观测到的CGB平均强度的大部分，那么未来的γ射线探测器如GLAST的灵敏度应该允许我们测量CGB各向异性的角功率谱。另一方面，如果暗物质的质量相对较小，并且在MeV区域占了大部分CGB，那么未来的高级康普顿望远镜应该能够测量MeV区域的各向异性。由于湮灭光子的强度与密度的平方成正比，我们表明，预测形状的角功率谱的伽马射线从暗物质湮灭是不同的，由于其他天体物理来源，如耀变体。因此，CGB的角功率谱提供了暗物质湮灭的确凿证据。
2006-01-14 astro-ph hep-ph
Cosmic Neutrino Bound on the Dark Matter Annihilation Rate in the Late Universe
宇宙晚期的暗物质自我湮灭率能有多大？这个速率取决于（rho_DM/m_chi）^2<sigma_A v>，其中rho_DM/m_chi是暗物质的数密度，湮灭截面是速度分布的平均值。既然暗物质的聚集是已知的，这就等于问湮灭的截面能有多大。Kaplinghat、Knox和Turner提出，一个非常大的湮灭截面可以把晕尖变成一个核心，提高模拟和观测之间的一致性; Hui表明，对于大质量的暗物质，幺正性禁止这种情况。我们表明，如果湮灭产物是标准模型粒子，即使只是中微子，随之而来的通量被排除的数量级，即使在小质量。同样地，要产生如此大的湮灭截面，现在必须要求基本上不产生标准模型粒子。
2006-10-31 astro-ph hep-ph nucl-th
High Energy Positrons From Annihilating Dark Matter
最近PAMELA实验的初步结果表明，宇宙射线正电子的存在超过10 GeV。在这封信中，我们认为这种信号是银河系晕中发生的暗物质湮灭的结果。而不是专注于一个特定的粒子物理模型，我们采取唯象的方法，并考虑各种质量和两体湮灭模式，包括W+W-，ZZ，b bbar，tau+ tau-，mu+ mu-和e+e。我们还考虑了一系列的扩散参数与目前的宇宙射线数据相一致。我们发现，在10 GeV以上的正电子分数的显着回升是兼容的广泛的暗物质湮灭模式，虽然非常大的湮灭截面和/或所产生的局部暗物质分布的不均匀性的提升因素需要产生所观察到的信号强度。我们评论的约束，从伽马射线，同步辐射，宇宙射线反质子测量。
2008-09-10 hep-ph
Gamma-rays Constraint on Higgs Production from Dark Matter Annihilation
在宇宙线观测中，当126GeV的Higgs衰变为两个γ时，通过DM湮灭产生静止或几乎静止的Higgs时，会发现γ线信号。该线信号给出了DM对Higgs产生截面的约束。我们在这项工作中用简单的分析来检验这一点。
2013-05-07 hep-ph
A dark matter model that reconciles tensions between the cosmic-ray $e^\pm$ excess and the gamma-ray and CMB constraints
AMS-02观测到的宇宙射线（CR）$e^\pm$过剩可以用暗物质（DM）湮灭来解释。然而，DM的解释需要一个大的湮灭截面，这是强烈不赞成的其他观测，如费米-LAT伽玛射线观测矮星系和普朗克观测的宇宙微波背景（CMB）。此外，CR $e^\pm$过量所需的DM湮灭截面也太大，以至于不能用热生产产生正确的DM残余密度。在这项工作中，我们使用Breit-Wigner机制与速度相关的DM湮灭截面来调和这些紧张局势。如果DM粒子占CR $e^\pm$超过$v\sim \mathcal{O}(10^{-3})$是非常接近共振的物理极点的情况下，它们的湮灭截面在银河系中达到最大值。另一方面，相对速度较小的DM粒子在矮星系中和重组时的湮灭截面会受到抑制，这可能分别影响伽玛射线和CMB观测。我们找到了一个能同时解释AMS-02结果和热遗迹密度的合适的参数区域，同时满足Fermi-LAT和Planck约束。
2017-07-28 astro-ph.HE hep-ph
The cosmic-ray positron excess from a local Dark Matter over-density
我们发现PAMELA和AMS测量的宇宙线正电子过剩可能是由局部过密度的暗物质湮灭引起的。在这样的背景下，亲轻子DM是不需要的，并且与正电子数据的良好拟合，与反质子和γ射线测量一致，获得了对$WW$、$hh$、$ZZ$、$ t \bar t$、$b \bar b$、$q\bar q$通道的DM湮灭。经典的暗物质候选者，例如具有标准热湮灭截面的纯超对称Wino，可以拟合正电子过剩，而无需对暗物质属性进行任何额外的假设。
2013-07-12 astro-ph.HE hep-ph
Constraining dark matter annihilation with cosmic ray antiprotons using neural networks
Institute for Theoretical Particle Physics and Cosmology (TTK), RWTH Aachen University（亚琛工业大学理论粒子物理与宇宙学研究所）
对间接探测实验中寻找暗物质湮灭的数据进行解释，需要对宇宙射线传播进行昂贵的计算模拟。在这项工作中，我们提出了一种新的方法，基于递归神经网络，显着加快模拟次级和暗物质银河宇宙射线反质子，同时实现良好的精度。这种方法允许对宇宙射线传播模型的讨厌参数进行有效的剖析或边缘化，以便对宽范围的暗物质模型执行参数扫描。我们认为重要性抽样特别适合于确保网络仅在经过良好训练的参数区域中进行评估。我们提出了使用最新的AMS-02反质子数据的几种模型的弱相互作用大质量粒子的约束。经过完全训练的网络与这项工作一起作为DarkRayNet发布，与传统方法相比，运行速度至少提高了两个数量级。
2021-12-20 astro-ph.HE cs.LG hep-ph
Constraints on small-scale primordial density fluctuation from cosmic microwave background through dark matter annihilation
普朗克卫星的宇宙微波背景（CMB）观测精确地确定了比$\mathcal O(1)\,\mathrm{Mpc}$更大尺度的原始曲率波动，而小尺度的曲率波动仍然较少受到限制。如果我们假设标准的热遗迹暗物质的情况下，小尺度波动的约束是大大改善。当小尺度波动足够大时，即使在红移$z\gtrsim10^3$中，致密区域也会坍缩形成小晕，这被称为超压缩迷你晕。这些微晕增强了暗物质的湮灭，并且受到河外伽马射线和CMB等观测的限制。我们重新审视了小尺度密度涨落形成的迷你晕的影响，并计算了被暗物质湮灭修改的电离历史。我们执行马尔可夫链蒙特卡罗方法来约束的CMB功率谱的小尺度曲率波动的大小。结果发现，从CMB功率谱的约束是可比的，从河外伽马射线。我们证实，我们的约束主要来自早期的能量注入（$z\gtrsim 100$），因此它是独立的微晕性质的不确定性在后期的时间。
2021-10-25 astro-ph.CO hep-ph
Updated and Projected Cosmic Microwave Background Bounds on WIMP Annihilation
MIT（麻省理工学院）；Universitat de València（瓦伦西亚大学）
该研究更新了CMB对WIMP湮灭的约束，并预测未来巡天将通过结合低噪声卫星和高分辨率地面观测，将约束改进约60%。
2025-12-11 astro-ph.CO hep-ph
The Effects of Dark Matter Annihilation and Dark Matter-Baryon Velocity Offsets at Cosmic Dawn
本研究采用半解析方法结合21cmvFAST代码，模拟宇宙黎明时期暗物质湮灭及暗物质-重子速度偏移对星际介质演化和微型晕中气体冷却与恒星形成的影响，为再电离和早期星系形成观测提供理论预测。
2025-04-30 astro-ph.CO astro-ph.GA hep-ph
Antimatter cosmic rays from dark matter annihilation: First results from an N-body experiment
[摘要]。我们利用从HORIZON项目结果中提取的类星系3D暗物质图来计算暗物质湮灭的正电子和反质子通量，采用独立于模型的方法，以及在LHC尺度上相关的暗物质粒子基准（来自超对称和额外维理论）。这种研究致力于更好地估计影响预测的理论不确定性，而PAMELA和GLAST卫星目前正在收集数据，不久将提供更好的观测约束。我们讨论的反质子和正电子通量的预测，以及正电子分数，与目前的数据相比。最后讨论了Nbody框架在描述银河系暗物质晕方面的局限性。
2008-10-24 astro-ph hep-ph
The Darkest Hour Before Dawn: Contributions to Cosmic Reionization from Dark Matter Annihilation and Decay
暗物质湮灭或衰变可能对宇宙的电离和热历史产生重大影响。在本文中，我们研究了暗物质湮灭（s波或p波主导）或衰变对宇宙再电离的潜在贡献，通过产生电子，正电子和光子。我们绘制出可能的扰动的电离和宇宙的热历史，由于暗物质过程，在广泛的速度平均湮灭截面/衰变寿命和暗物质质量。我们采用了最近的数值研究的效率与湮灭/衰变产物诱导加热和电离的星系际介质中，并在这项工作中扩展到红移的$1+z = 4$两种不同的再电离的情况。我们还改进了早期的研究，通过使用的结果是一致的最新的$N$体模拟的暗物质晕和subhaloes的详细结构形成模型，与估计的不确定性，源自最小的尺度。我们发现，暗物质模型与实验的限制是一致的，超过10%的贡献，在再电离的电离分数是不允许的所有湮灭的情况。这样的贡献是可能的，只有衰变成电子/正电子对，轻暗物质与质量$m_χ\lesssim $ 100兆电子伏，和衰变寿命$τ_χ\sim 10^{24} - 10^{25}$ s。
2016-09-06 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic rays through the Higgs portal
我们考虑电弱单线态暗物质的质量与希格斯质量相当。单重态被假定通过与希格斯粒子的微扰耦合与标准物质耦合。质量与希格斯质量相当的单重态的湮灭主要取决于湮灭截面中W、Z和希格斯峰的接近程度。我们发现在星系晕中，来自微扰耦合单线态湮灭的连续光子谱可以达到EGRET弥散γ射线通量的每密耳几个的水平。
2008-07-16 astro-ph hep-ph
Revisiting GeV-scale annihilating dark matter with the AMS-02 positron fraction
反物质宇宙射线被用来探测物理学中的新现象，包括暗物质湮灭。我们使用阿尔法磁谱仪的宇宙射线正电子分数谱，在银河系中寻找这样的湮灭信号。我们专注于质量在5到120 GeV之间的暗物质，产生高能电子和正电子。在这些宇宙射线能量中，多个天体物理源和现象的相互作用使得这种搜索对潜在的天体物理背景假设高度敏感。我们使用一个巨大的公共图书馆的宇宙射线正电子分数背景的天体物理模型，推导出强大的上限暗物质的湮灭截面的湮灭通道的数量。这个库解释了不同类型的宇宙射线源及其在空间和时间分布上的不确定性。此外，它还解释了这些源的输出的不确定性，它们注入星际介质宇宙射线光谱和宇宙射线传播的不确定性。对于任何给定的暗物质粒子质量和湮灭通道，湮灭截面的上限由其值延伸一个完整数量级的带给出。与早期的结果相比，我们的工作提供了较弱的限制，但对所有相关的天体物理不确定性都很强大。在5和15 GeV之间，我们发现了宇宙射线电子和正电子可能过剩通量的迹象。这种过剩存在于大多数但不是所有的天体物理背景参数空间中，其意义可能会有明显的变化。为了增进对这些低能量宇宙射线的了解，有必要进行更深入的研究。最后，我们注意到，即使在这些能量中发现了多余的信号，当前的背景不确定性也不允许我们准确地推断出其潜在的粒子性质。
2022-10-10 astro-ph.HE hep-ph
Lyman-$α$ Constraints on Cosmic Heating from Dark Matter Annihilation and Decay
我们推导出新的约束模型的衰变和湮灭暗物质（DM），要求注入星系际介质（IGM）的能量不会过热，它在晚些时候，当测量的莱曼- $α$森林约束IGM温度。我们改进了以前的分析，使用最近开发的$\texttt{DarkHistory}$代码包，自洽地考虑到额外的光电离和光加热过程，由于再电离和DM源。我们的约束是强大的再电离的不确定性和竞争力与领先的限制亚GeV DM，优先衰变到电子。
2021-02-04 astro-ph.CO hep-ph
Cosmic abundances of SIMP dark matter
亚GeV尺度质量的轻暗物质的热产生可以归因于$3\rightarrow 2$自湮灭过程。我们考虑了暗物质在$3\rightarrow 2$和一般高阶相互作用下湮灭截面的热平均值。一个正确的初始暗物质粒子的热平均值是重要的，特别是，湮灭截面与整体速度依赖性和/或共振极点。我们将我们的一般结果应用到基准模型的SIMP暗物质，并讨论了共振极点的影响，在确定的遗迹密度。
2017-04-21 astro-ph.CO hep-ph
New limits on dark matter annihilation from AMS cosmic ray positron data
国际空间站上的AMS实验最近提供了精确度前所未有的0.5至350 GeV的宇宙射线电子和正电子数据。在能量超过10 GeV时，观测到的正电子分数的上升仍然无法解释，提出的解决方案范围从局部的电子到TeV尺度的暗物质。在这里，我们利用这些高质量的数据，把严格的限制暗物质的质量低于300 GeV，湮灭或衰减到轻子的最终状态，基本上独立的起源，这种上升。我们显着改善现有的限制，在某些情况下，高达两个数量级。
2013-10-28 astro-ph.GA astro-ph.HE hep-ph
