PAMELA가 밝힌 은하계 반양성자 흐름과 전파 모델 제약

초록

PAMELA 위성 실험을 이용해 1.5 GeV–180 GeV 구간의 반양성자 플럭스와 반양성자/양성자 비율을 고정밀도로 측정하였다. 결과는 기존 데이터와 일치하며, 주로 우주선 양성자·헬륨이 은하간 매질과 충돌해 생성된 2차 입자로 해석된다. 측정값을 GALPROP와 결합한 χ² 및 베이지안 분석에 적용해 선형 확산 모델과 저에너지 확산 수정 모델의 파라미터를 제한하고, 모델 간 상관관계와 적합도를 평가하였다.

상세 분석

본 논문은 PAMELA 위성 실험이 제공하는 반양성자(𝑝¯) 데이터와 동시에 측정된 양성자 스펙트럼, 그리고 외부 실험이 제공한 B/C 비율을 종합적으로 활용해 은하계 우주선 전파 모델을 정량적으로 검증한다. 먼저, PAMELA는 고도 350 km의 저궤도에서 2006 년부터 2016 년까지 약 10년간 데이터를 축적했으며, 반양성자 검출 효율을 85 % 이상, 배경 억제율을 10⁻⁵ 수준으로 달성했다. 이를 통해 1.5 GeV부터 180 GeV까지 5 천 개 이상의 반양성자 이벤트를 확보했으며, 에너지별 플럭스와 𝑝¯/𝑝 비율을 기존 실험(예: BESS, AMS‑02)보다 높은 통계와 연속적인 에너지 커버리지로 제시한다. 측정된 플럭스는 전형적인 𝑝¯ 2차 생성 모델(프로톤·헬륨이 ISM과 충돌해 π⁰·π± → 𝑝¯)과 좋은 일치를 보이며, 고에너지 구간(>100 GeV)에서도 급격한 상승이나 비정상적인 구조가 없음을 확인한다.

전파 모델 제약을 위해 저자는 GALPROP 코드를 기반으로 두 가지 확산 스키마를 설정했다. 첫 번째는 전형적인 선형 확산 계수 D(R)=D₀·(R/R₀)^δ 형태이며, 두 번째는 저에너지(𝑅≲10 GV)에서 δ가 완만해지는 수정 모델(D(R)=D₀·(R/R₀)^{δ₁}·