Ultra-high-energy cosmic rays from collisional annihilation revisited

摘要

We re-examine collisional annihilation of super-heavy dark-matter particles in dark-matter density spikes in the galactic halo as a possible source of ultra-high-energy cosmic rays. We estimate the possible flux in a way that does not depend on detailed assumptions about the density profiles of dark-matter clumps. The result confirms that collisional annihilation is compatible with annihilation cross sections below the unitarity bounds for super-heavy dark matter if the particles can form dense cores in the dark-matter substructure, and it provides estimates for core sizes and densities. The ensuing clumpy source distribution in the galactic halo will be tested within a few years of operation of the Pierre Auger observatory.PACS Nos.: 98.70.Sa, 98.70.–f, 95.35.+d, 14.80.–jNous réexaminons l'annihilation par collision de particules super-lourdes de matière noire dans des agglomérats de matière noire dans le nimbe de la galaxie comme source possible des rayons cosmiques d'hyper-haute énergie. Nous estimons le flux possible d'une façon qui ne dépend pas du détail de profil de densité dans les agglomérats. Les résultats confirment que l'annihilation par collision est compatible avec les sections efficaces d'annihilation sous les limites unitaires pour la matière noire super lourde si les particules peuvent former des coeurs denses dans la sous-structure de matière noire et elle fournit des estimés pour la grosseur des coeurs et des densités. La distribution résultante des agglomérats-sources dans la galaxie pourra être vérifiée après quelques années d'opération de l'observatoire Pierre Auger.[Traduit par la Rédaction]