HELIOSEISMOLOGY WITH LONG-RANGE DARK MATTER-BARYON INTERACTIONS

被引：31

作者：

Lopes, Ilidio ^{[1
,2
]}

Panci, Paolo ^{[3
,4
,5
]}

Silk, Joseph ^{[5
,6
,7
]}

机构：

[1] Univ Tecn Lisboa, Inst Super Tecn, Ctr Multidisciplinar Astrofis, P-1049001 Lisbon, Portugal

[2] Univ Evora, Escola Ciencia & Tecnol, Dept Fis, P-7002554 Evora, Portugal

[3] Univ Southern Denmark, CP3 Origins, DK-5230 Odense, Denmark

[4] Univ Southern Denmark, DIAS, DK-5230 Odense, Denmark

[5] Univ Paris 06, CNRS, Inst Astrophys, UMR 7095, F-75014 Paris, France

[6] Johns Hopkins Univ, Dept Phys & Astron, Baltimore, MD 21218 USA

[7] Univ Oxford, Beecroft Inst Cosmol & Particle Astrophys, Oxford OX1 3RH, England

来源：

ASTROPHYSICAL JOURNAL | 2014年 / 795卷 / 02期

基金：

美国国家科学基金会;

关键词：

cosmology: miscellaneous; dark matter; elementary particles; Sun: helioseismology; SOLAR MODELS; ENERGY-TRANSPORT; EVOLUTION; DENSITY; SENSITIVITY; NEUTRINOS; LIMITS; STARS; CESAM; PROBE;

D O I：

10.1088/0004-637X/795/2/162

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Assuming the existence of a primordial asymmetry in the dark sector, we study how long-range dark matter (DM)-baryon interactions, induced by the kinetic mixing of a new U(1) gauge boson and a photon, affect the evolution of the Sun and, in turn, the sound speed the profile obtained from helioseismology. Thanks to the explicit dependence on the exchanged momenta in the differential cross section (Rutherford-like scattering), we find that DM particles with a mass of similar to 10 GeV, kinetic mixing parameter of the order of 10(-9), and a mediator with a mass smaller than a few MeV improve the agreement between the best solar model and the helioseismic data without being excluded by direct detection experiments. In particular, the LUX detector will soon be able to either constrain or confirm our best-fit solar model in the presence of a dark sector with long-range interactions that reconcile helioseismology with thermal neutrino results.

引用

页数：11

共 95 条

[1] Search for an Annual Modulation in a p-Type Point Contact Germanium Dark Matter Detector [J].

Aalseth, C. E. ;

Barbeau, P. S. ;

Colaresi, J. ;

Collar, J. I. ;

Leon, J. Diaz ;

Fast, J. E. ;

Fields, N. ;

Hossbach, T. W. ;

Keillor, M. E. ;

Kephart, J. D. ;

Knecht, A. ;

Marino, M. G. ;

Miley, H. S. ;

Miller, M. L. ;

Orrell, J. L. ;

Radford, D. C. ;

Wilkerson, J. F. ;

Yocum, K. M. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 107 (14)

[2] Results from a Search for Light-Mass Dark Matter with a p-Type Point Contact Germanium Detector [J].

Aalseth, C. E. ;

Barbeau, P. S. ;

Bowden, N. S. ;

Cabrera-Palmer, B. ;

Colaresi, J. ;

Collar, J. I. ;

Dazeley, S. ;

de Lurgio, P. ;

Fast, J. E. ;

Fields, N. ;

Greenberg, C. H. ;

Hossbach, T. W. ;

Keillor, M. E. ;

Kephart, J. D. ;

Marino, M. G. ;

Miley, H. S. ;

Miller, M. L. ;

Orrell, J. L. ;

Radford, D. C. ;

Reyna, D. ;

Tench, O. ;

Van Wechel, T. D. ;

Wilkerson, J. F. ;

Yocum, K. M. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 106 (13)

[3] Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters [J].

Ade, P. A. R. ;

Aghanim, N. ;

Armitage-Caplan, C. ;

Arnaud, M. ;

Ashdown, M. ;

Atrio-Barandela, F. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartlett, J. G. ;

Battaner, E. ;

Benabed, K. ;

Benoit, A. ;

Benoit-Levy, A. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bielewicz, P. ;

Bobin, J. ;

Bock, J. J. ;

Bonaldi, A. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Bridges, M. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Butler, R. C. ;

Calabrese, E. ;

Cappellini, B. ;

Cardoso, J. -F. ;

Catalano, A. ;

Challinor, A. ;

Chamballu, A. ;

Chary, R. -R. ;

Chen, X. ;

Chiang, H. C. ;

Chiang, L. -Y ;

Christensen, P. R. ;

Church, S. ;

Clements, D. L. ;

Colombi, S. ;

Colombo, L. P. L. ;

Couchot, F. ;

Coulais, A. ;

Crill, B. P. ;

Curto, A. ;

Cuttaia, F. ;

Danese, L. ;

Davies, R. D. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2014, 571

[4] Silicon Detector Dark Matter Results from the Final Exposure of CDMS II [J].

Agnese, R. ;

Ahmed, Z. ;

Anderson, A. J. ;

Arrenberg, S. ;

Balakishiyeva, D. ;

Thakur, R. Basu ;

Bauer, D. A. ;

Billard, J. ;

Borgland, A. ;

Brandt, D. ;

Brink, P. L. ;

Bruch, T. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Cerdeno, D. G. ;

Chagani, H. ;

Cooley, J. ;

Cornell, B. ;

Crewdson, C. H. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

Dejongh, F. ;

do Couto e Silva, E. ;

Doughty, T. ;

Esteban, L. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Filippini, J. ;

Fox, J. ;

Fritts, M. ;

Godfrey, G. L. ;

Golwala, S. R. ;

Hall, J. ;

Harris, R. H. ;

Hertel, S. A. ;

Hofer, T. ;

Holmgren, D. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Jastram, A. ;

Kamaev, O. ;

Kara, B. ;

Kelsey, M. H. ;

Kennedy, A. ;

Kim, P. ;

Kiveni, M. ;

Koch, K. ;

Kos, M. ;

Leman, S. W. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 111 (25)

[5] Silicon detector results from the first five-tower run of CDMS II [J].

Agnese, R. ;

Ahmed, Z. ;

Anderson, A. J. ;

Arrenberg, S. ;

Balakishiyeva, D. ;

Thakur, R. Basu ;

Bauer, D. A. ;

Borgland, A. ;

Brandt, D. ;

Brink, P. L. ;

Bruch, T. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Cerdeno, D. G. ;

Chagani, H. ;

Cooley, J. ;

Cornell, B. ;

Crewdson, C. H. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

Dejongh, F. ;

Di Tefano, P. C. F. ;

do Couto e Silva, E. ;

Doughty, T. ;

Esteban, L. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Filippini, J. ;

Fox, J. ;

Fritts, M. ;

Godfrey, G. L. ;

Golwala, S. R. ;

Hall, J. ;

Harris, R. H. ;

Hertel, S. A. ;

Hofer, T. ;

Holmgren, D. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Jastram, A. ;

Kamaev, O. ;

Kara, B. ;

Kelsey, M. H. ;

Kennedy, A. ;

Kim, P. ;

Kiveni, M. ;

Koch, K. ;

Kos, M. ;

Leman, S. W. .

PHYSICAL REVIEW D, 2013, 88 (03)

[6] Dark Matter Search Results from the CDMS II Experiment [J].

Ahmed, Z. ;

Akerib, D. S. ;

Arrenberg, S. ;

Bailey, C. N. ;

Balakishiyeva, D. ;

Baudis, L. ;

Bauer, D. A. ;

Brink, P. L. ;

Bruch, T. ;

Bunker, R. ;

Cabrera, B. ;

Caldwell, D. O. ;

Cooley, J. ;

Cushman, P. ;

Daal, M. ;

DeJongh, F. ;

Dragowsky, M. R. ;

Duong, L. ;

Fallows, S. ;

Figueroa-Feliciano, E. ;

Filippini, J. ;

Fritts, M. ;

Golwala, S. R. ;

Grant, D. R. ;

Hall, J. ;

Hennings-Yeomans, R. ;

Hertel, S. A. ;

Holmgren, D. ;

Hsu, L. ;

Huber, M. E. ;

Kamaev, O. ;

Kiveni, M. ;

Kos, M. ;

Leman, S. W. ;

Mahapatra, R. ;

Mandic, V. ;

McCarthy, K. A. ;

Mirabolfathi, N. ;

Moore, D. ;

Nelson, H. ;

Ogburn, R. W. ;

Phipps, A. ;

Pyle, M. ;

Qiu, X. ;

Ramberg, E. ;

Rau, W. ;

Reisetter, A. ;

Saab, T. ;

Sadoulet, B. ;

Sander, J. .

SCIENCE, 2010, 327 (5973) :1619-1621

[7] First Results from the LUX Dark Matter Experiment at the Sanford Underground Research Facility [J].

Akerib, D. S. ;

Araujo, H. M. ;

Bai, X. ;

Bailey, A. J. ;

Balajthy, J. ;

Bedikian, S. ;

Bernard, E. ;

Bernstein, A. ;

Bolozdynya, A. ;

Bradley, A. ;

Byram, D. ;

Cahn, S. B. ;

Carmona-Benitez, M. C. ;

Chan, C. ;

Chapman, J. J. ;

Chiller, A. A. ;

Chiller, C. ;

Clark, K. ;

Coffey, T. ;

Currie, A. ;

Curioni, A. ;

Dazeley, S. ;

de Viveiros, L. ;

Dobi, A. ;

Dobson, J. ;

Dragowsky, E. M. ;

Druszkiewicz, E. ;

Edwards, B. ;

Faham, C. H. ;

Fiorucci, S. ;

Flores, C. ;

Gaitskell, R. J. ;

Gehman, V. M. ;

Ghag, C. ;

Gibson, K. R. ;

Gilchriese, M. G. D. ;

Hall, C. ;

Hanhardt, M. ;

Hertel, S. A. ;

Horn, M. ;

Huang, D. Q. ;

Ihm, M. ;

Jacobsen, R. G. ;

Kastens, L. ;

Kazkaz, K. ;

Knoche, R. ;

Kyre, S. ;

Lander, R. ;

Larsen, N. A. ;

Lee, C. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 112 (09)

[8] Results from 730 kg days of the CRESST-II Dark Matter search [J].

Angloher, G. ;

Bauer, M. ;

Bavykina, I. ;

Bento, A. ;

Bucci, C. ;

Ciemniak, C. ;

Deuter, G. ;

von Feilitzsch, F. ;

Hauff, D. ;

Huff, P. ;

Isaila, C. ;

Jochum, J. ;

Kiefer, M. ;

Kimmerle, M. ;

Lanfranchi, J. -C. ;

Petricca, F. ;

Pfister, S. ;

Potzel, W. ;

Proebst, F. ;

Reindl, F. ;

Roth, S. ;

Rottler, K. ;

Sailer, C. ;

Schaffner, K. ;

Schmaler, J. ;

Scholl, S. ;

Seidel, W. ;

v. Sivers, M. ;

Stodolsky, L. ;

Strandhagen, C. ;

Strauss, R. ;

Tanzke, A. ;

Usherov, I. ;

Wawoczny, S. ;

Willers, M. ;

Zoeller, A. .

EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2012, 72 (04)

[9]

[Anonymous], 2013, JCAP

[10] Dark Matter Results from 100 Live Days of XENON100 Data [J].

Aprile, E. ;

Arisaka, K. ;

Arneodo, F. ;

Askin, A. ;

Baudis, L. ;

Behrens, A. ;

Bokeloh, K. ;

Brown, E. ;

Bruch, T. ;

Bruno, G. ;

Cardoso, J. M. R. ;

Chen, W. -T. ;

Choi, B. ;

Cline, D. ;

Duchovni, E. ;

Fattori, S. ;

Ferella, A. D. ;

Gao, F. ;

Giboni, K. -L. ;

Gross, E. ;

Kish, A. ;

Lam, C. W. ;

Lamblin, J. ;

Lang, R. F. ;

Levy, C. ;

Lim, K. E. ;

Lin, Q. ;

Lindemann, S. ;

Lindner, M. ;

Lopes, J. A. M. ;

Lung, K. ;

Undagoitia, T. Marrodan ;

Mei, Y. ;

Fernandez, A. J. Melgarejo ;

Ni, K. ;

Oberlack, U. ;

Orrigo, S. E. A. ;

Pantic, E. ;

Persiani, R. ;

Plante, G. ;

Ribeiro, A. C. C. ;

Santorelli, R. ;

dos Santos, J. M. F. ;

Sartorelli, G. ;

Schumann, M. ;

Selvi, M. ;

Shagin, P. ;

Simgen, H. ;

Teymourian, A. ;

Thers, D. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 107 (13)

← 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 →