Intense gamma-ray lines from hidden vector dark matter decay

被引：80

作者：

Arina, Chiara ^{[1
]}

Hambye, Thomas ^{[1
]}

Ibarra, Alejandro ^{[2
]}

Weniger, Christoph ^{[3
]}

机构：

[1] Univ Libre Bruxelles, Serv Phys Theor, B-1050 Brussels, Belgium

[2] Tech Univ Munich, Phys Dept T30d, D-85748 Garching, Germany

[3] Deutsch Elektronen Synchrotron DESY, D-22603 Hamburg, Germany

来源：

JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS | 2010年 / 03期

关键词：

dark matter theory; cosmic ray theory; cosmology of theories beyond the SM; NEUTRALINO ANNIHILATION; COSMIC-RAYS; POSITRON FRACTION; ANTIPROTON FLUX; PROPAGATION; ENERGIES; ELECTRON; PROBE;

D O I：

10.1088/1475-7516/2010/03/024

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Scenarios with hidden, spontaneously broken, non-abelian gauge groups contain a natural dark matter candidate, the hidden vector, whose longevity is due to an accidental custodial symmetry in the renormalizable Lagrangian. Nevertheless, non-renormalizable dimension six operators break the custodial symmetry and induce the decay of the dark matter particle at cosmological times. We discuss in this paper the cosmic ray signatures of this scenario and we show that the decay of hidden vector dark matter particles generically produce an intense gamma ray line which could be observed by the Fermi-LAT experiment, if the scale of custodial symmetry breaking is close to the Grand Unification scale. This gamma line proceeds directly from a tree level dark matter 2-body decay in association with a Higgs boson. Within this model we also perform a determination of the relic density constraints taking into account the dark matter annihilation processes with one dark matter particle in the final state. The corresponding direct detection rates can be easily of order the current experimental sensitivities.

引用

页数：23

共 73 条

[1] Search for the standard model Higgs boson at LEP [J].

Abbaneo, D ;

Abbiendi, G ;

Barate, R ;

Heister, A ;

Schael, S ;

Barate, R ;

Bruneliere, R ;

De Bonis, I ;

Decamp, D ;

Goy, C ;

Jezequel, S ;

Lees, JP ;

Martin, F ;

Merle, E ;

Minard, MN ;

Pietrzyk, B ;

Trocme, B ;

Boix, G ;

Bravo, S ;

Casado, MP ;

Chmeissani, M ;

Crespo, JM ;

Fernandez, E ;

Fernandez-Bosman, M ;

Garrido, L ;

Grauges, E ;

Lopez, J ;

Martinez, M ;

Merino, G ;

Miquel, R ;

Mir, LM ;

Pacheco, A ;

Paneque, D ;

Ruiz, H ;

Colaleo, A ;

Creanza, D ;

De Filippis, N ;

de Palma, M ;

Iaselli, G ;

Maggi, G ;

Maggi, M ;

Nuzzo, S ;

Ranieri, A ;

Raso, G ;

Ruggieri, F ;

Selvaggi, G ;

Silvestris, L ;

Tempesta, P ;

Tricomi, A ;

Zito, G .

PHYSICS LETTERS B, 2003, 565 (1-4) :61-75

[2] Measurement of the Cosmic Ray e++e- Spectrum from 20 GeV to 1 TeV with the Fermi Large Area Telescope [J].

Abdo, A. A. ;

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Atwood, W. B. ;

Axelsson, M. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Battelino, M. ;

Baughman, B. M. ;

Bechtol, K. ;

Bellazzini, R. ;

Berenji, B. ;

Blandford, R. D. ;

Bloom, E. D. ;

Bogaert, G. ;

Bonamente, E. ;

Borgland, A. W. ;

Bregeon, J. ;

Brez, A. ;

Brigida, M. ;

Bruel, P. ;

Burnett, T. H. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caraveo, P. A. ;

Carlson, P. ;

Casandjian, J. M. ;

Cecchi, C. ;

Charles, E. ;

Chekhtman, A. ;

Cheung, C. C. ;

Chiang, J. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

Cominsky, L. R. ;

Conrad, J. ;

Cutini, S. ;

Dermer, C. D. ;

de Angelis, A. ;

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Digel, S. W. ;

Di Bernardo, G. ;

do Couto e Silva, E. ;

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Dubois, R. ;

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[3]

ABDO AA, ARXIV10014836

[4]

ACKERMANN M, 2009, COMMUNICATION 1102

[5] An anomalous positron abundance in cosmic rays with energies 1.5-100 GeV [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

Bazilevskaya, G. A. ;

Bellotti, R. ;

Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bonechi, L. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

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De Simone, N. ;

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Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Ricci, M. ;

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Spillantini, P. ;

Stozhkov, Y. I. ;

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Vannuccini, E. ;

Vasilyev, G. ;

Voronov, S. A. ;

Yurkin, Y. T. ;

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NATURE, 2009, 458 (7238) :607-609

[6] New Measurement of the Antiproton-to-Proton Flux Ratio up to 100 GeV in the Cosmic Radiation [J].

Adriani, O. ;

Barbarino, G. C. ;

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Boezio, M. ;

Bogomolov, E. A. ;

Bonechi, L. ;

Bongi, M. ;

Bonvicini, V. ;

Bottai, S. ;

Bruno, A. ;

Cafagna, F. ;

Campana, D. ;

Carlson, P. ;

Casolino, M. ;

Castellini, G. ;

De Pascale, M. P. ;

De Rosa, G. ;

Fedele, D. ;

Galper, A. M. ;

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Koldashov, S. V. ;

Krutkov, S. Y. ;

Kvashnin, A. N. ;

Malvezzi, V. ;

Marcelli, L. ;

Menn, W. ;

Mikhailov, V. V. ;

Minori, M. ;

Mocchiutti, E. ;

Nagni, M. ;

Orsi, S. ;

Osteria, G. ;

Papini, P. ;

Pearce, M. ;

Picozza, P. ;

Ricci, M. ;

Ricciarini, S. B. ;

Simon, M. ;

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[7] Cosmic-ray positron fraction measurement from 1 to 30 GeV with AMS-01 [J].

Aguilar, M. ;

Alcaraz, J. ;

Allaby, J. ;

Alpat, B. ;

Ambrosi, G. ;

Anderhub, H. ;

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Arefiev, A. ;

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Baldini, L. ;

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Aharonian, F. ;

Akhperjanian, A. G. ;

Barres de Almeida, U. ;

Bazer-Bachi, A. R. ;

Becherini, Y. ;

Behera, B. ;

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Boisson, C. ;

Bochow, A. ;

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Braun, I. ;

Brion, E. ;

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Brun, P. ;

Buehler, R. ;

Bulik, T. ;

Buesching, I. ;

Boutelier, T. ;

Carrigan, S. ;

Chadwick, P. M. ;

Charbonnier, A. ;

Chaves, R. C. G. ;

Cheesebrough, A. ;

Chounet, L. -M. ;

Clapson, A. C. ;

Coignet, G. ;

Costamante, L. ;

Dalton, M. ;

Degrange, B. ;

Deil, C. ;

Dickinson, H. J. ;

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Drury, L. O'C. ;

Dubois, F. ;

Dubus, G. ;

Dyks, J. ;

Dyrda, M. ;

Egberts, K. ;

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Feinstein, F. ;

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Fontaine, G. ;

Fuessling, M. ;

Gabici, S. ;

Gallant, Y. A. .

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[9] Probing the ATIC peak in the cosmic-ray electron spectrum with HESS [J].

Aharonian, F. ;

Akhperjanian, A. G. ;

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de Almeida, U. Barres ;

Bazer-Bachi, A. R. ;

Becherini, Y. ;

Behera, B. ;

Bernloehr, K. ;

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Brun, P. ;

Buehler, R. ;

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Charbonnier, A. ;

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Cheesebrough, A. ;

Chounet, L. -M. ;

Clapson, A. C. ;

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Degrange, B. ;

Deil, C. ;

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Egberts, K. ;

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[10] Search for Weakly Interacting Massive Particles with the First Five-Tower Data from the Cryogenic Dark Matter Search at the Soudan Underground Laboratory [J].

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Bauer, D. A. ;

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Rau, W. ;

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Trocme, B ;

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Hofverberg, P. ;

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Bellagamba, L. ;

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Berges, R. ;

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Biland, A. ;

Blasko, S. ;

Boella, G. ;

Boschini, M. ;

Bourquin, M. ;

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Bruni, G. ;

Buenerd, M. ;

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Golwala, S. R. ;

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Hall, J. ;

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PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2009, 102 (01)

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