Diffuse gamma-ray signal of axino light dark matter

Abstract

최근에 은하계 중심부에서, 전자와 양전자의 쌍소멸에 의한 밝은 511 keV 감마선이INTEGRAL 위성에 탑재된 SPI 분광계에 의해 관측되었다. 이 밝은 방사선의 근원을 몇몇 전통적인 천체 물리학적 가설로 설명하려 하였으나, 매우 큰 광자 다발의 세기(~ 10^(-3)phs cm^(-2)s^(-1))와 방사되는 영 역의 형태(~ 8° FWHM)를 설명할 수 없었다. 511 keV 감마선의 근원을 설명하는 대안으로 경암흑물질 입자를 고려하고 있다. 이 학위 논문에서는, 암흑물질의 특성과 그것의 후보들에 대해 알아볼 것이다. 그리고 511 keV 감마선의 관측 역사와 지금까지 제안된, 양전 자의 다양한 천체물리학적 근원들을 살펴볼 것이다. 그 다음에 은하 중 심부의 511 keV 감마선의 원인으로서 경암흑물질 가설-액시노 경암흑 물질의 붕괴-에 초점을 맞출 것이다. 액시노 붕괴로 인한 감마선 스펙트 럼을 얻어내기 위하여 공식과 방정식들을 계산할 것이다. 단일 에너지 양전자가 은하중심부에서 생겨나서 그 안에 갇혀있다는 간단한 모형을 이용하여 에너지 손실과 다양한 과정에 의해 생기는 감마선 방사를 계산 하고 이용 가능한 관측 결과와 비교할 것이다. 우리는 ISGRI, SPI, COMPTEL, EGRET 데이터와 비교하여 액시노 경암흑물질의 질량의 상 한을 20 MeV로 얻었다.; Recently, the SPI spectrometer on the INTEGRAL satellite observed the bright 511 keV γ-ray line emission from the galactic center direction, arising from the e^(+)e^(-) annihilation in the galactic bulge. Several traditional astrophysical scenarios tried to explain the source of the bright emission line, but they could not account for the impressive intensity of the photon flux (~10^(-3) photons cm^(-2) s^(-1)) and the morphology of the emission region (~ 8± FWHM). Light dark matter particles are considered as alternative sources of 511 keV γ-ray line emission. In this thesis, I review the properties of the dark matter and its candidates. Also, it is given that the observational history and a variety of astrophysical sources for galactic positrons proposed so far. Then I focus on the light dark matter scenario as the source for the galactic 511 keV γ-rays ─ especially decaying axino light dark matter. I describe the equations and formulae to calculate the γ-ray spectrum coming from the decays of axinos. Using a simple model with monoenergetic positrons injected and confined to the galactic bulge, we compute energy losses and γ-ray radiation caused by various processes and compare these predictions to the available observations. Using the ISGRI, SPI, COMPTEL, EGRET data, we obtain the upper limit on the axino light dark matter mass of ~ 20 MeV.