Прямое обнаружение темной материи: относительная скорость между вимпами и ядрами

Это порядковая характеристика дисперсии скоростей (типичных скоростей) в Млечном пути. Солнце , например, движется по Млечному пути со скоростью около 200 км/с, что должно быть сравнимо с локальными частицами темной материи.

Обычное уравнение для дисперсии скоростей — это просто вириальная скорость :

Где$\sigma$- дисперсия скорости, а$r$и$M$– характерная масса и радиус системы. Если использовать массу$M \sim 10^{11} \, M_\odot$, и радиус$r \sim 10^4 \, \mathrm{pc}$, скорость действительно:$\sigma \approx 200 \, \mathrm{km/s}$.

Почему существует относительная скорость между Солнцем и темной материей?

Поскольку темная материя (ТМ) взаимодействует только гравитационно, гораздо сложнее рассеять ее энергию и угловой момент, чтобы она не схлопывалась в диски или не приводила к упорядоченному вращению. Темная материя находится на более хаотических, случайных орбитах в галактических гало. Таким образом, в целом темная материя имеет тенденцию двигаться не в том же направлении, что и Солнце.

Почему в эксперименте по прямому обнаружению должна быть годовая вариация?

Несмотря на то, что ТМ находится на хаотических орбитах, Земля все равно будет двигаться быстрее на фоне частиц ТМ в одно время года (когда она движется в том же направлении, что и Солнце), чем в другое время (когда она движется в направлении Солнца). противоположное направление). Вы можете представить себе DM как довольно непрерывную жидкость частиц, через которую проходит Земля (и Солнце). Пока каждая частица находится на случайной орбите, в целом плотность частиц DM в данной области останется примерно одинаковой. В течение года скорость Земли через этот фон меняется. Однако могут быть вариации точного типа и величины сезонных колебаний в зависимости от различных моделей Млечного пути и гало темной материи.