Сигналы прямого обнаружения тёмной материи, выведенные из космологического N-body-моделирования с барионами

При красном смещении z = 0 мы выделяем объект размером с Млечный Путь, содержащий газ, звёзды и тёмную материю (DM), из современного высокоразрешающего космологического N-body-моделирования с учётом барионов. Его разрешение достаточно для воспроизведения формирования вращающегося диска и балджа в центре потенциала гало, что обеспечивает реалистичное описание рождения и эволюции галактических структур в рамках космологической парадигмы ΛCDM. Фазово-пространственная структура центральной галактики показывает, что в пределах значительной по толщине области тёмное гало в среднем со-вращается со звёздным диском. В области расположения Земли вращающийся компонент, иногда называемый в литературе тёмным диском, характеризуется минимальной скоростью отставания v_lag ≃ 75 км/с; в этом случае на него приходится около 25% общей локальной плотности тёмной материи, значение которой составляет ρ_DM ≃ 0,37 ГэВ/см³. Распределения скоростей также демонстрируют сильные отклонения от чисто гауссовых и максвелловских распределений, с более резким спадом высокоскоростного хвоста. Мы подробно исследуем влияние этих особенностей на предсказания сигналов тёмной материи в экспериментах по прямому обнаружению. В частности, повторно анализируется вопрос о том, исключён ли сигнал модуляции, наблюдаемый DAMA, ограничениями, установленными другими экспериментами (CDMS, XENON и CRESST…), и проводится сравнение со случаем стандартного максвелловского гало. Мы рассматриваем спин-независимые взаимодействия как для сценариев упругого, так и неупругого рассеяния. Впервые мы вычисляем области, разрешённые данными DAMA, и пределы исключения, полученные в других экспериментах с нулевым результатом, непосредственно на основе распределений скоростей, найденных в моделировании. Затем мы сравниваем эти результаты с предсказаниями различных аналитических распределений. Мы обнаруживаем, что согласованность между DAMA и другими экспериментами улучшается. В сценарии упругого рассеяния сигнал модуляции DAMA несколько усиливается в так называемой области каналирования вследствие нескольких эффектов, включая отклонение от максвелловского распределения a...