Detección directa de materia oscura: velocidad relativa entre WIMP y núcleos

En la detección directa de materia oscura se dice que la velocidad relativa entre los WIMP, que forman un halo de DM, y los núcleos objetivo en la Tierra es del orden 100 kilómetros s . ¿Cómo se obtiene este resultado?

Aquí hay una posible fuente de la derivación, aunque no he ingresado valores apropiados en el resultado final: sciencedirect.com/science/article/pii/S2212686412000106

Respuestas (1)

Esta es una caracterización de orden de magnitud de la dispersión de velocidad (velocidades típicas) en la vía láctea. El sol, por ejemplo, se mueve a unos 200 km/s en la vía láctea, lo que debería ser comparable a las partículas locales de materia oscura.

Una ecuación común para la dispersión de la velocidad es simplemente la velocidad virial :

σ 2 ∼ GRAMO METRO r

Dónde σ es la dispersión de la velocidad, y r y METRO son la masa y el radio característicos del sistema. Si se usa una masa de METRO ∼ 10 11 METRO ⊙ , y un radio r ∼ 10 4 pag C , la velocidad es de hecho: σ ≈ 200 k metro / s .

¿Por qué existe una velocidad relativa entre el sol y la materia oscura?

Debido a que la materia oscura (DM) solo interactúa gravitacionalmente, es mucho más difícil disipar su energía y momento angular para que no colapse en discos o se asiente en una rotación ordenada. La materia oscura se encuentra en órbitas más caóticas y aleatorias a lo largo de los halos galácticos. Entonces, en general, la materia oscura no tiende a moverse en la misma dirección que el sol.

¿Por qué debería haber una variación anual en un experimento de detección directa?

Aunque DM se encuentre en órbitas caóticas, la Tierra seguirá moviéndose más rápido a través del fondo de partículas de DM en una época del año (cuando se mueve en la misma dirección que el sol) que durante otra (cuando se mueve en la misma dirección). direccion opuesta). Puedes imaginar el DM como un fluido bastante continuo de partículas por el que pasan la tierra (y el sol). Si bien cada partícula se encuentra en una órbita aleatoria (más o menos), en general, la densidad de partículas de DM en una región dada se mantendrá aproximadamente igual. En el transcurso del año, la velocidad de la tierra a través de ese fondo cambia. Sin embargo, puede haber variaciones en el tipo exacto y la magnitud de la variación estacional según los diferentes modelos para la vía láctea y el halo de materia oscura.

Pero si la tierra va aproximadamente a la misma velocidad que WIMP en la vía láctea, ¿no debería ser la velocidad relativa mucho menor que 100 kilómetros s ? ¿O la materia oscura no gira de la misma manera que lo hace nuestro sistema solar en la vía láctea?
@F.ert, la 'dispersión' o la 'variación' en las velocidades sigue siendo similar a estos valores; pero al mismo tiempo, el DM del 'halo' está en órbitas mucho más aleatorias y caóticas, por lo que es probable que no se muevan de la misma manera.
Si las órbitas de DM son bastante aleatorias/caóticas, ¿por qué entonces es plausible esperar una modulación anual en la tasa de eventos diferenciales? Porque entonces no debería importar que la velocidad de la tierra con respecto al marco de la galaxia sea mayor en verano y menor en invierno. ¿No debería uno esperar la modulación solo si los WIMP se mueven colectivamente en una dirección?
@F.ert He ampliado mi respuesta, espero que sea útil.
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