Direkter Nachweis von selbstwechselwirkender dunkler Materie

Selbstwechselwirkende dunkle Materie stellt eine interessante Alternative zu kollisionsloser dunkler Materie dar, da sie in der Lage ist, den großräumigen Erfolg des Modells der kalten dunklen Materie beizubehalten und gleichzeitig scheinbar dessen Herausforderungen auf kleinen Skalen zu lösen. Wir präsentieren hier die erste Studie des erwarteten Nachweissignals dunkler Materie unter Berücksichtigung verschiedener Selbststreuungsmodelle. Wir zeigen, dass Modelle mit konstanten und geschwindigkeitsabhängigen Wirkungsquerschnitten, die mit Beobachtungsbeschränkungen vereinbar sind, zu deutlichen Signaturen in der Geschwindigkeitsverteilung führen, da nicht-thermalisierte Merkmale, die in der Verteilung der kalten dunklen Materie zu finden sind, durch Partikelstreuung thermalisiert werden. Je nach Modell kann die Selbstwechselwirkung im Vergleich zum Fall der kalten dunklen Materie zu einer Verringerung der Rückstoßraten bei hohen Energien um 10 % führen, was einer Mindestgeschwindigkeit entspricht, die einen Rückstoß von mehr als 300 km/s hervorrufen kann. Bei niedrigeren Energien sind diese Unterschiede für alle Modelle kleiner als 5 %. Die Amplitude des jährlichen Modulationssignals kann um bis zu 25 % ansteigen, und der Tag der maximalen Amplitude kann sich im Vergleich zur Erwartung für kalte dunkle Materie um etwa zwei Wochen verschieben. Darüber hinaus kann sich auch der genaue Tag der Phasenumkehr des Modulationssignals zwischen den verschiedenen Modellen um etwa eine Woche unterscheiden. Im Allgemeinen führen Modelle mit geschwindigkeitsabhängigen Wirkungsquerschnitten, die bei den typischen Geschwindigkeiten von Zwerggalaxien ihren Höchstwert erreichen, nur zu geringfügigen Änderungen der Nachweissignale, wohingegen zulässige Modelle mit konstantem Wirkungsquerschnitt zu signifikanten Änderungen führen. Wir schlussfolgern, dass sich verschiedene Szenarien selbstwechselwirkender dunkler Materie anhand der Details direkter Nachweissignale voneinander unterscheiden lassen könnten. Darüber hinaus sollten detaillierte Beschränkungen der intrinsischen Eigenschaften dunkler Materie, die auf Null-Detektionen basieren, die Möglichkeit der Selbststreuung und die daraus resultierenden Auswirkungen auf das Detektorsignal berücksichtigen.