Cosmic ray anomalies and dark matter annihilation to muons via a Higgs portal hidden sector

被引:9
作者
Kohri, Kazunori [1 ]
McDonald, John [1 ]
Sahu, Narendra [1 ]
机构
[1] Univ Lancaster, Cosmol & Astroparticle Phys Grp, Lancaster LA1 4YB, England
来源
PHYSICAL REVIEW D | 2010年 / 81卷 / 02期
关键词
UNIVERSAL ROTATION CURVE; POSITRON FRACTION; SPIRAL GALAXIES; CONSTRAINTS; ENERGIES; DECAY;
D O I
10.1103/PhysRevD.81.023530
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
Annihilating dark matter (DM) models based on a scalar hidden sector with Higgs portal-like couplings to the standard model are considered as a possible explanation for recently observed cosmic-ray excesses. Two versions of the model are studied, one with nonthermal DM as the origin of the boost factor and one with Sommerfeld enhancement. In the case of nonthermal DM, four hidden sector scalars which transform under a U(1)(X) symmetry are added. The heaviest scalars decouple and later decay to DM scalars, thus providing the boost factor necessary to explain the present DM annihilation rate. The mass of the annihilating scalars is limited to less than or similar to 600 GeV for the model to remain perturbative. U(1)(X) breaking to Z(2) at the electroweak transition mixes light O(100) MeV hidden sector scalars with the Higgs. The DM scalars annihilate to these light scalars, which subsequently decay to two mu(+)mu(-) pairs via Higgs mixing, thus generating a positron excess without antiprotons. Decay to mu(+)mu(-) rather than e(+)e(-) is necessary to ensure a fast enough light scalar decay rate to evade light scalar domination at nucleosynthesis. In the version with Sommerfeld enhancement only three new scalars are necessary. TeV scale DM masses can be accommodated, allowing both the higher energy electron plus positron excess and the lower energy positron excess to be explained. DM annihilates to 2 mu(+)mu(-) pairs as in the nonthermal model. This annihilation mode may be favored by recent observations of the electron plus positron excess by FERMI and HESS.
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