Theoretical study for the search of new physics using astrophysical phenomena

中性子星の表面温度観測を通じて暗黒物質を探索する手法が近年盛んに議論されてる。とりわけ，中性子星に捕獲されたWIMP暗黒物質が対消滅することで中性子星を温める効果に着目し，『非常に古いのにも関わらず温かい中性子星』を見つけ出すことでWIMP暗黒物質の兆候を探る試みが研究されてきた。本年度の研究で私は，この暗黒物質探索手法を用いることで地上での実験では探索しえなかった暗黒物質候補をも探りうることを，2つの暗黒物質模型について明らかにした。一つ目の仕事では，『電弱多重項暗黒物質』を研究した。この暗黒物質候補の核子弾性散乱断面積は一般に小さく，地上における暗黒物質直接探索実験でこの暗黒物質を検出するのが困難であることが知られている。一方中性子星上では，中性子が作り出す非常に強い重力によって暗黒物質が加速されるため，暗黒物質が別の多重項成分に変化する『非弾性散乱』が生じうる。この断面積はとても大きいため，暗黒物質は効率よく中性子星に捕獲され，中性子星が加熱される。本研究では，中性子星温度観測を用いた探索手法と暗黒物質直接探索実験による探索手法とがこの暗黒物質模型を検証するにあたり相補的な役割を担うことを示した。二つ目の仕事では，『ミューオン異常磁気モーメントの実験結果に動機づけられた暗黒物質模型』を考察した。昨年度の研究と関連して，FermiLabで行われたミューオン異常磁気モーメントの測定結果を説明するような暗黒物質模型を具体的にとりあげ，この模型を中性子星温度観測を用いて検証する可能性を調べた。このような暗黒物質はミューオンと相互作用を行うが，中性子星内にはミューオンが多数存在するため，この相互作用を通じて暗黒物質は中性子星に捕獲される。このため，中性子星温度観測を用いた探索手法はこの種の暗黒物質模型を検証するのに非常に有力であることが明らかになった。

中性子星の表面温度観測を通じて暗黒物質を探索する手法が近年盛んに議論されてる。とりわけ，中性子星に捕獲されたWIMP暗黒物質が対消滅することで中性子星を温める効果に着目し，『非常に古いのにも関わらず温かい中性子星』を見つけ出すことでWIMP暗黒物質の兆候を探る試みが研究されてきた。本年度の研究で私は，この暗黒物質探索手法を用いることで地上での実験では探索しえなかった暗黒物質候補をも探りうることを，2つの暗黒物質模型について明らかにした。一つ目の仕事では，『電弱多重項暗黒物質』を研究した。この暗黒物質候補の核子弾性散乱断面積は一般に小さく，地上における暗黒物質直接探索実験でこの暗黒物質を検出するのが困難であることが知られている。一方中性子星上では，中性子が作り出す非常に強い重力によって暗黒物質が加速されるため，暗黒物質が別の多重項成分に変化する『非弾性散乱』が生じうる。この断面積はとても大きいため，暗黒物質は効率よく中性子星に捕獲され，中性子星が加熱される。本研究では，中性子星温度観測を用いた探索手法と暗黒物質直接探索実験による探索手法とがこの暗黒物質模型を検証するにあたり相補的な役割を担うことを示した。二つ目の仕事では，『ミューオン異常磁気モーメントの実験結果に動機づけられた暗黒物質模型』を考察した。昨年度の研究と関連して，FermiLabで行われたミューオン異常磁気モーメントの測定結果を説明するような暗黒物質模型を具体的にとりあげ，この模型を中性子星温度観測を用いて検証する可能性を調べた。このような暗黒物質はミューオンと相互作用を行うが，中性子星内にはミューオンが多数存在するため，この相互作用を通じて暗黒物質は中性子星に捕獲される。このため，中性子星温度観測を用いた探索手法はこの種の暗黒物質模型を検証するのに非常に有力であることが明らかになった。