Direkter Nachweis dunkler Materie: relative Geschwindigkeit zwischen WIMPs und Kernen

Beim direkten Nachweis dunkler Materie wird gesagt, dass die relative Geschwindigkeit zwischen den WIMPs, die einen DM-Halo bilden, und den Zielkernen auf der Erde in Ordnung ist 100 km S . Wie kommt man auf dieses Ergebnis?

Hier ist eine mögliche Quelle der Ableitung, obwohl ich keine geeigneten Werte in das Endergebnis eingegeben habe: sciencedirect.com/science/article/pii/S2212686412000106

Antworten (1)

Dies ist eine Größenordnungscharakterisierung der Geschwindigkeitsdispersion (typische Geschwindigkeiten) in der Milchstraße. Die Sonne zum Beispiel bewegt sich in der Milchstraße mit etwa 200 km/s, was mit lokalen Teilchen der Dunklen Materie vergleichbar sein sollte.

Eine gängige Gleichung für die Geschwindigkeitsdispersion ist einfach die Virialgeschwindigkeit :

σ 2 ∼ G M R

Wo σ ist die Geschwindigkeitsdispersion, und R Und M sind die charakteristische Masse und der Radius des Systems. Verwendet man eine Masse von M ∼ 10 11 M ⊙ , und einen Radius R ∼ 10 4 P C , die Geschwindigkeit ist tatsächlich: σ ≈ 200 k M / S .

Warum gibt es eine Relativgeschwindigkeit zwischen Sonne und dunkler Materie?

Da Dunkle Materie (DM) nur gravitativ interagiert, ist es viel schwieriger, ihre Energie und ihren Drehimpuls abzuleiten, damit sie nicht in Scheiben kollabiert oder sich in eine geordnete Rotation versetzt. Dunkle Materie befindet sich auf chaotischeren, zufälligeren Umlaufbahnen in galaktischen Halos. Insgesamt tendiert die Dunkle Materie also nicht dazu, sich in die gleiche Richtung wie die Sonne zu bewegen.

Warum sollte es bei einem direkten Nachweisexperiment jährliche Schwankungen geben?

Obwohl sich DM auf chaotischen Umlaufbahnen befindet, wird sich die Erde zu einer Jahreszeit (wenn sie sich in die gleiche Richtung wie die Sonne bewegt) immer noch schneller durch den Hintergrund von DM-Partikeln bewegen als zu einer anderen (wenn sie sich in die gleiche Richtung bewegt wie die Sonne). entgegengesetzten Richtung). Sie können sich das DM als eine ziemlich kontinuierliche Flüssigkeit von Partikeln vorstellen, durch die die Erde (und die Sonne) hindurchgehen. Während sich jedes Partikel auf einer zufälligen (ähnlichen) Umlaufbahn befindet, bleibt die Dichte der DM-Partikel in einer bestimmten Region insgesamt ungefähr gleich. Im Laufe des Jahres ändert sich die Geschwindigkeit der Erde durch diesen Hintergrund. Es kann jedoch je nach Modell für die Milchstraße und den Halo aus dunkler Materie Abweichungen in Bezug auf die genaue Art und das Ausmaß der jahreszeitlichen Schwankungen geben.

Aber wenn sich die Erde ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit wie WIMP in der Milchstraße bewegt, sollte die Relativgeschwindigkeit nicht viel kleiner sein als 100 km S ? Oder dreht sich die dunkle Materie nicht so wie unser Sonnensystem in der Milchstraße?
@F.ert die 'Streuung' oder 'Variation' der Geschwindigkeiten ist diesen Werten immer noch ähnlich; aber gleichzeitig befindet sich das DM des 'Halo' auf viel zufälligeren und chaotischeren Umlaufbahnen - also bewegen sie sich wahrscheinlich nicht auf die gleiche Weise.
Wenn die DM-Orbits eher zufällig/chaotisch sind, warum ist es dann plausibel, eine jährliche Modulation der differentiellen Ereignisrate zu erwarten? Denn dann sollte es egal sein, dass die Geschwindigkeit der Erde in Bezug auf das Galaxiensystem im Sommer am größten und im Winter am kleinsten ist. Sollte man die Modulation nicht nur erwarten, wenn sich die WIMPs gemeinsam in eine Richtung bewegen?
@F.ert Ich habe meine Antwort erweitert, ich hoffe, das ist hilfreich.
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