快变射电暴限制暗能量可能性及银心GeV超出的物理真实性研究

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快变射电暴(Fast Radio Burst)是最近确认的一类持续毫秒量级、流量强达1Jy的单脉冲射电爆发,全天探测率原则上达10000/天。其物理起源尚不清楚,但一般认为可能来自宇宙深处的致密星表面。另一方面,当前宇宙学研究的最重大课题之一是暗能量状态方程的测定,目前人们主要利用Ⅰa型超新星、重子声波振荡等观测联合限制,但所达到的精度还不足以可靠的区分不同暗能量模型。所以人们一直在不断寻找新的的暗能量探针。本文对快变射电暴进行理论分析,数值模拟,来研究其作为探针对暗能量状态方程进行限制的可行性。我们发现,对于不是来自于星系中心或者恒星形成区的快变射电暴,宿主星系对它们的色散量的影响是完全可以忽略的。然而,星系际介质的不均匀性对快变射电暴的色散量造成了较大的误差,这一影响使我们观测到的色散量偏离了我们用标准宇宙学模型所做的预期。幸运的是,在一个比较窄的的红移段内(如△z=0.05)如果能观测到足够多的分布在各个视线方向上的快变射电暴,将观测到的色散量取平均后,星系际介质不均匀性造成的色散量偏离这一问题就被很好的解决,进而快变射电暴可以被用作宇宙学探针。我们发现在最好的情况下(如,在每个红移段△z内大约观测到20个快变射电暴;我们能测到最远的快变射电暴的红移能到3;宿主星系和快变射电暴源对观测到的色散量的影响很小),考虑到所有可能的误差(即星系际介质的不均匀性、宿主星系对色散量贡献的不确定性、宇宙中重子物质在星系中的比例fIGM的红移演化和误差),快变射电暴可以用来限制暗能量状态方程。  暗物质是目前宇宙中所占27%的组成成分,但是我们对其特性除了引力之外一概不知。暗物质可能具有弱相互作用或其他新物理过程,从而产生标准模型下的粒子。暗物质粒子的探测已经称为一个热点研究领域。而最近最引入注目的信号就是银河系中心的GeV超出,该超出的特性表明其很有可能是由暗物质产生。但是由于此信号巨大的前景(银河系弥漫γ射线辐射)不确定性让很多学者对该信号的真实性产生很大的怀疑。本文通过分析Fermi-LAT的数据,考研究这个GeV超出在不同的银河系弥漫伽玛射线辐射模型下的不同以及是否都存在,尤其是它的显著性和能谱,即系统误差,并对暗物质性质进行限制。Fermi组[1]在研究宇宙线和星际介质模型对银河系弥漫伽玛射线辐射的影响时曾根据不同宇宙线、银河系气体尘埃等参数生成了128个这种模板,这些模板可以非常好地被用来进行我们的研究。和其他人一样,我们假定这一可能的超出服从银河系暗物质湮灭到瞬时伽玛射线的分布,而暗物质在银河系的分布一般认为是α=1.2的NFW分布。经过我们在一些特定区域的分析,我们发现这样一个超出成分在所有128个不同的弥漫辐射的模型下都是存在并且很显著的,虽然这个超出成分的谱形在一定程度下依赖于不同弥漫辐射的模板。最后,我们讨论了这个超出成分的可能的物理起源,并且我们在暗物质模型下估计了所需的反应截面和暗物质粒子质量。
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