Unitaridad unida a la materia oscura: congelación con recalentamiento a baja temperatura

Tabla de enlaces

• Resumen e introducción
• Matriz S: la unitaridad y sus consecuencias
• La aniquilación de la materia oscura y la unitaridad
• Recalentamiento a baja temperatura
• Congelación con recalentamiento a baja temperatura
• Resumen y conclusión
• Agradecimientos y Referencias

5. Congelación con recalentamiento a baja temperatura

En esta sección se consideran dos casos de congelación de DM. El primero corresponde a la congelación visible, donde un par de partículas DM se aniquilan en un par de estados SM, con una sección transversal de aniquilación total promediada térmicamente ⟨σv⟩. La evolución de la densidad numérica de DM n se puede describir con la ecuación de Boltzmann [20]

5.1. similar a una kinación

A continuación, las Ecs. (5.6) y (5.7) se resolverán analíticamente en el contexto de una cosmología similar al kinación. Por conveniencia, comenzamos con el caso correspondiente al congelamiento oscuro.

5.1.1. Congelación oscura

Si la congelación ocurre durante la era dominada por la radiación, la Ec. (5.7) se puede resolver analíticamente, desde la congelación de DM hasta hoy (es decir, temperatura pequeña y por lo tanto x grande)

Para igualar toda la densidad de reliquias de DM observada, se requiere que

Alternativamente, si el congelamiento ocurre durante el recalentamiento

la integral se ha dividido en dos partes, para enfatizar los dos regímenes de H en la ecuación. (4.6). Por lo tanto

5.1.2. Congelación visible

El caso de la congelación visible en la ecuación. (5.6) se puede calcular siguiendo el mismo procedimiento presentado en el inciso anterior. Sin embargo, también se podría derivar fijando r = 2 en las ecuaciones. (5.10) y (5.13), lo que da

para el congelamiento en la era dominada por la radiación, o

durante el recalentamiento.

5.2. Dominación temprana de la materia

La temperatura de congelación se puede estimar comparando las Ecs. (4.8) y (5.4) o (5.5), y viene dado por

A continuación, se presentan soluciones analíticas para las Ecs. (5.16) y (5.17) en el contexto de un escenario temprano dominado por la materia. Comenzaremos con el caso correspondiente al congelamiento oscuro por conveniencia.

5.2.1. Congelación oscura

Si la congelación ocurre durante la era de la radiación, la solución de la ecuación. (5.17), o equivalentemente de la ecuación. (5.7), es el que se presenta en la Ec. (5.10). En cambio, si ocurre durante el período de recalentamiento, se tiene que

5.2.2. Congelación visible

Si la congelación ocurre durante el dominio de la radiación, la solución de la ecuación. (5.16) es la misma que la de la ecuación. (5.14). Alternativamente, si esto ocurre durante el recalentamiento, en su lugar se tiene

correspondiente simplemente al límite r = 2 de la ecuación. (5.20).