Sur la production (minuscule) de matière noire dans les supernovae

On pense que la matière noire est constituée de particules, qui n'interagissent avec la matière que faiblement et gravitationnellement. Un candidat commun pour la matière noire est ce qu'on appelle les WIMP . Les WIMP, en particulier, sont lourds et peuvent être leurs propres antiparticules.

Et comme toute autre particule, des particules de matière noire peuvent être produites à des énergies suffisamment élevées. La masse des particules de matière noire est inconnue, mais estimée à l'ordre de - , ce qui correspond à des températures de - , à laquelle on peut s'attendre à ce que ces particules soient produites.$1$$100 \textrm{GeV}$$T_{DM}\approx 10^{13}$$10^{15}\textrm{K}$

De telles températures énormes sont à peine atteignables dans tous les processus astrophysiques raisonnables, mais disons que dans les supernovae d'effondrement du cœur, le cœur nouvellement formé a des températures de , et probablement plus pendant l'effondrement phase. Une estimation brute suggérerait alors que la quantité de matière noire produite est . Ou, sous forme numérique . Cela signifie qu'à la quantité de matière noire produite pendant une supernova sera d'environ un kilogramme. Ces températures sont assez accessibles pour$T_{SN,after}\approx 10^{11}\textrm{K}$$M_{DM}\approx e^{-T_{DM}/T_{SN,max}}M_\odot$$\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}$Particules de DM. On peut donc espérer avec optimisme quelques kilogrammes de matière noire produits par supernova.

Maintenant la question. Qu'est-ce qu'une production typique de matière noire dans les supernovae d'effondrement du cœur? Une bonne réponse, j'imagine, serait une expansion plus robuste de l'estimation existante. Tout commentaire constructif est le bienvenu.

Les WIMPS les plus favorisés en ce moment sont probablement les neutrinos, voir http://en.wikipedia.org/wiki/Neutralino

Ces particules sont purement hypothétiques pour le moment. Les estimations de masse dans l'article Wikipédia ci-dessus pour le neutrino le plus léger se situent entre 10 et 10 000 GeV, ce qui signifie que les taux de production dans les SN seront beaucoup plus bas qu'avec une hypothèse de 1 GeV. Des taux de production plus élevés auraient déjà dû être détectés au LHC.

Par conséquent, à partir de la non-détection (sous forme de perte d'énergie) de WIMPS au LHC, une estimation d'une limite supérieure des taux de production dans les SN devrait être possible.

Il existe plusieurs types de supernova et les façons dont le noyau peut s'effondrer. Prenons un cas extrême où la photodésintégration des rayons gamma détruit tous les éléments lourds (Si, Fe et Ni, etc.) et les décompose tous en protons, neutrons et électrons. Chaque noyau libère toute son énergie de liaison, environ 9 MeV par masse de nucléon ou 0,9% de la masse au repos. La plupart de l'énergie, je crois, sort sous la forme de neutrinos relativistes (le reste en énergie cinétique des protons, des neutrons et des électrons). Ainsi, une limite supérieure est que 0,9% de la masse du noyau se retrouve dans les neutrinos. La masse au repos des neutrinos est beaucoup moins, mais la masse relativiste est probablement le nombre le plus pertinent.

Seule une petite fraction de la densité de fermeture ( ) se trouve dans les étoiles, = 0,0027 (Fukugita & Peebles, 2004), environ 7% de la masse des étoiles va dans la supernova, ~ 10% est dans l'effondrement du cœur, 0,9% sort dans les neutrinos relativistes. Donc, tout à fait dans la matière sombre chaude de SN est inférieur à 0,0027 * 0,07 * 0,1 * 0,009, en gros.$\Omega$$\Omega_{stars}$$\Omega$