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Materia oscura cálida

La materia oscura cálida ( WDM ) es una forma hipotética de materia oscura que tiene propiedades intermedias entre las de la materia oscura caliente y la materia oscura fría , lo que hace que la formación de la estructura se produzca de abajo hacia arriba desde arriba de su escala de flujo libre, y de arriba hacia abajo por debajo de su escala de flujo libre. Los candidatos más comunes para WDM son los neutrinos estériles y los gravitinos . Las WIMP ( partículas masivas de interacción débil ), cuando se producen de forma no térmica, podrían ser candidatas para la materia oscura cálida. En general, sin embargo, las WIMP producidas térmicamente son candidatas para la materia oscura fría .

keVins y GeVins

Una posible partícula candidata a WDM con una masa de unos pocos keV proviene de la introducción de dos nuevos fermiones de carga cero y número leptónico cero en el Modelo Estándar de Física de Partículas: "fermiones inertes de masa keV" (keVins) y "fermiones inertes de masa GeV" (GeVins). Los keVins se producen en exceso si alcanzan el equilibrio térmico en el universo temprano, pero en algunos escenarios la producción de entropía a partir de las desintegraciones de partículas más pesadas inestables puede suprimir su abundancia al valor correcto. Estas partículas se consideran "inertes" porque solo tienen interacciones suprimidas con el bosón Z.

Los neutrinos estériles con masas de unos pocos keV son posibles candidatos para ser keVins.

A temperaturas inferiores a la escala electrodébil, sus únicas interacciones con las partículas del modelo estándar son interacciones débiles debido a su mezcla con neutrinos ordinarios . Debido a la pequeñez del ángulo de mezcla, no se producen en exceso porque se congelan antes de alcanzar el equilibrio térmico. Sus propiedades son consistentes con los límites astrofísicos que surgen de la formación de estructuras y el principio de Pauli si su masa es mayor que 1-8 keV.

En febrero de 2014, diferentes análisis [1] [2] han extraído del espectro de emisiones de rayos X observado por XMM-Newton una señal monocromática de alrededor de 3,5 keV . Esta señal proviene de diferentes cúmulos de galaxias (como Perseo y Centauro ) y varios escenarios de materia oscura cálida pueden justificar tal línea. Podemos citar, por ejemplo, un candidato de 3,5 keV aniquilándose en 2 fotones, [3] o una partícula de materia oscura de 7 keV desintegrándose en un fotón y un neutrino. [4]

En noviembre de 2019, mediante un análisis de la interacción de la materia del halo galáctico con las densidades y la distribución de las corrientes estelares que salen de los satélites de la Vía Láctea, lograron limitar los mínimos de masa para las perturbaciones de densidad causadas por los keV de materia oscura cálida en las corrientes GD-1 y Pal 5. Este límite inferior de la masa de las reliquias térmicas de materia oscura cálida es mWDM > 4,6 keV; o sumando los recuentos de satélites enanos, es mWDM > 6,3 keV. [5]

Véase también

Referencias

  1. ^ Bulbul, Esra; Markevitch, Maxim; Foster, Adam; Smith, Randall K.; Loewenstein, Michael; Randall, Scott W. (10 de junio de 2014). "Detección de una línea de emisión no identificada en el espectro de rayos X apilado de cúmulos de galaxias". The Astrophysical Journal . 789 (1): 13. arXiv : 1402.2301 . Bibcode :2014ApJ...789...13B. doi : 10.1088/0004-637x/789/1/13 . ISSN  0004-637X.
  2. ^ Boyarsky, A.; Ruchayskiy, O.; Iakubovskyi, D.; Franse, J. (15 de diciembre de 2014). "Línea no identificada en los espectros de rayos X de la galaxia de Andrómeda y el cúmulo de galaxias de Perseo". Physical Review Letters . 113 (25): 251301. arXiv : 1402.4119 . Código Bibliográfico :2014PhRvL.113y1301B. doi :10.1103/physrevlett.113.251301. ISSN  0031-9007. PMID  25554871. S2CID  21406370.
  3. ^ Dudas, Emilian; Heurtier, Lucien; Mambrini, Yann (4 de agosto de 2014). "Generación de líneas de rayos X a partir de la aniquilación de materia oscura". Physical Review D . 90 (3): 035002. arXiv : 1404.1927 . Bibcode :2014PhRvD..90c5002D. doi :10.1103/physrevd.90.035002. ISSN  1550-7998. S2CID  118573978.
  4. ^ Ishida, Hiroyuki; Jeong, Kwang Sik; Takahashi, Fuminobu (2014). "Materia oscura de neutrinos estériles de 7 keV a partir del mecanismo de sabor dividido". Physics Letters B . 732 : 196–200. arXiv : 1402.5837 . Código Bibliográfico :2014PhLB..732..196I. doi :10.1016/j.physletb.2014.03.044. ISSN  0370-2693. S2CID  119226364.
  5. ^ Banik, Nilianjan; Bovy, Jo; Bertone, Gianfranco; Erkal, Denis; de Boer, TJL (2021). "Nuevas restricciones sobre la naturaleza de las partículas de materia oscura de las corrientes estelares". Revista de Cosmología y Física de Astropartículas . 2021 (10): 043. arXiv : 1911.02663 . doi :10.1088/1475-7516/2021/10/043. S2CID  207847306.

Lectura adicional