CCDM model from quantum particle creation: constraints on dark matter mass

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Constraints on enhanced dark matter annihilation from IceCube results

Excesses on positron and electron fluxes-measured by ATIC and the PAMELA and Fermi-LAT telescopes-can be explained by dark matter annihilation in the Galaxy, however, it requires large boosts on the dark matter annihilation rate. There are many possible enhancement mechanisms such as the Sommerfeld effect or the existence of dark matter clumps in our halo. If enhancements on the dark matter annihilation cross section are taking place, the dark matter annihilation in the core of the Earth will be enhanced. Here we use recent results from the IceCube 40-string configuration to probe generic enhancement scenarios. We present results as a function of the dark matter-proton interaction cross section, sigma(chi p) weighted by the branching fraction into neutrinos f(nu(nu) over bar) as a function of a generic boost factor B-F, which parametrizes the expected enhancement of the annihilation rate. We find that dark matter models that require annihilation enhancements of O(100) or more and that annihilate significantly into neutrinos are excluded as an explanation for these excesses. We also determine the boost range that can be probed by the full IceCube telescope.

Constraints on mantle melting from major and trace element systematics in residual abyssal peridotites

ZusammenfassungDie Bildung von mittelozeanischen Rückenbasalten (MORB) ist einer der wichtigsten Stoffflüsse der Erde. Jährlich wird entlang der 75.000 km langen mittelozeanischen Rücken mehr als 20 km3 neue magmatische Kruste gebildet, das sind etwa 90 Prozent der globalen Magmenproduktion. Obwohl ozeanische Rücken und MORB zu den am meisten untersuchten geologischen Themenbereichen gehören, existieren weiterhin einige Streit-fragen. Zu den wichtigsten zählt die Rolle von geodynamischen Rahmenbedingungen, wie etwa Divergenzrate oder die Nähe zu Hotspots oder Transformstörungen, sowie der absolute Aufschmelzgrad, oder die Tiefe, in der die Aufschmelzung unter den Rücken beginnt. Diese Dissertation widmet sich diesen Themen auf der Basis von Haupt- und Spurenelementzusammensetzungen in Mineralen ozeanischer Mantelgesteine.Geochemische Charakteristika von MORB deuten darauf hin, dass der ozeanische Mantel im Stabilitätsfeld von Granatperidotit zu schmelzen beginnt. Neuere Experimente zeigen jedoch, dass die schweren Seltenerdelemente (SEE) kompatibel im Klinopyroxen (Cpx) sind. Aufgrund dieser granatähnlichen Eigenschaft von Cpx wird Granat nicht mehr zur Erklärung der MORB Daten benötigt, wodurch sich der Beginn der Aufschmelzung zu geringeren Drucken verschiebt. Aus diesem Grund ist es wichtig zu überprüfen, ob diese Hypothese mit Daten von abyssalen Peridotiten in Einklang zu bringen ist. Diese am Ozeanboden aufgeschlossenen Mantelfragmente stellen die Residuen des Aufschmelz-prozesses dar, und ihr Mineralchemismus enthält Information über die Bildungs-bedingungen der Magmen. Haupt- und Spurenelementzusammensetzungen von Peridotit-proben des Zentralindischen Rückens (CIR) wurden mit Mikrosonde und Ionensonde bestimmt, und mit veröffentlichten Daten verglichen. Cpx der CIR Peridotite weisen niedrige Verhältnisse von mittleren zu schweren SEE und hohe absolute Konzentrationen der schweren SEE auf. Aufschmelzmodelle eines Spinellperidotits unter Anwendung von üblichen, inkompatiblen Verteilungskoeffizienten (Kd's) können die gemessenen Fraktionierungen von mittleren zu schweren SEE nicht reproduzieren. Die Anwendung der neuen Kd's, die kompatibles Verhalten der schweren SEE im Cpx vorhersagen, ergibt zwar bessere Resultate, kann jedoch nicht die am stärksten fraktionierten Proben erklären. Darüber hinaus werden sehr hohe Aufschmelzgrade benötigt, was nicht mit Hauptelementdaten in Einklang zu bringen ist. Niedrige (~3-5%) Aufschmelzgrade im Stabilitätsfeld von Granatperidotit, gefolgt von weiterer Aufschmelzung von Spinellperidotit kann jedoch die Beobachtungen weitgehend erklären. Aus diesem Grund muss Granat weiterhin als wichtige Phase bei der Genese von MORB betrachtet werden (Kapitel 1).Eine weitere Hürde zum quantitativen Verständnis von Aufschmelzprozessen unter mittelozeanischen Rücken ist die fehlende Korrelation zwischen Haupt- und Spuren-elementen in residuellen abyssalen Peridotiten. Das Cr/(Cr+Al) Verhältnis (Cr#) in Spinell wird im Allgemeinen als guter qualitativer Indikator für den Aufschmelzgrad betrachtet. Die Mineralchemie der CIR Peridotite und publizierte Daten von anderen abyssalen Peridotiten zeigen, dass die schweren SEE sehr gut (r2 ~ 0.9) mit Cr# der koexistierenden Spinelle korreliert. Die Auswertung dieser Korrelation ergibt einen quantitativen Aufschmelz-indikator für Residuen, welcher auf dem Spinellchemismus basiert. Damit kann der Schmelzgrad als Funktion von Cr# in Spinell ausgedrückt werden: F = 0.10×ln(Cr#) + 0.24 (Hellebrand et al., Nature, in review; Kapitel 2). Die Anwendung dieses Indikators auf Mantelproben, für die keine Ionensondendaten verfügbar sind, ermöglicht es, geochemische und geophysikalischen Daten zu verbinden. Aus geodynamischer Perspektive ist der Gakkel Rücken im Arktischen Ozean von großer Bedeutung für das Verständnis von Aufschmelzprozessen, da er weltweit die niedrigste Divergenzrate aufweist und große Transformstörungen fehlen. Publizierte Basaltdaten deuten auf einen extrem niedrigen Aufschmelzgrad hin, was mit globalen Korrelationen im Einklang steht. Stark alterierte Mantelperidotite einer Lokalität entlang des kaum beprobten Gakkel Rückens wurden deshalb auf Primärminerale untersucht. Nur in einer Probe sind oxidierte Spinellpseudomorphosen mit Spuren primärer Spinelle erhalten geblieben. Ihre Cr# ist signifikant höher als die einiger Peridotite von schneller divergierenden Rücken und ihr Schmelzgrad ist damit höher als aufgrund der Basaltzusammensetzungen vermutet. Der unter Anwendung des oben erwähnten Indikators ermittelte Schmelzgrad ermöglicht die Berechnung der Krustenmächtigkeit am Gakkel Rücken. Diese ist wesentlich größer als die aus Schweredaten ermittelte Mächtigkeit, oder die aus der globalen Korrelation zwischen Divergenzrate und mittels Seismik erhaltene Krustendicke. Dieses unerwartete Ergebnis kann möglicherweise auf kompositionelle Heterogenitäten bei niedrigen Schmelzgraden, oder auf eine insgesamt größere Verarmung des Mantels unter dem Gakkel Rücken zurückgeführt werden (Hellebrand et al., Chem.Geol., in review; Kapitel 3).Zusätzliche Informationen zur Modellierung und Analytik sind im Anhang A-C aufgeführt

Seasonal variation of VO 2 max and the VO2-work rate relationship in elite Alpine skiers

PURPOSE: Alpine ski performance relates closely to both anaerobic and aerobic capacities. During their competitive season, skiers greatly reduce endurance and weight training, and on-snow training becomes predominant. To typify this shift, we compared exhaustive ramp cycling and squat (SJ) and countermovement jumping (CMJ) performance in elite males before and after their competitive season. RESULTS: In postseason compared with preseason: 1) maximal oxygen uptake (VO 2 max) normalized to bodyweight was higher (55.2 +/- 5.2 vs 52.7 +/- 3.6 mL x kg(-1) x min(-1), P < 0.01), but corresponding work rate (W) was unchanged; 2) at ventilatory thresholds (VT), absolute and relative work rates were similar but heart rates were lower; 3) VO2/W slope was greater (9.59 +/- 0.6 vs 9.19 +/- 0.4 mL O2 x min(-1) x W(-1), P = 0.02), with similar flattening (P < 0.01) above V T1 at both time points; and 4) jump height was greater in SJ (47.4 +/- 4.4 vs 44.7 +/- 4.3 cm, P < 0.01) and CMJ (52.7 +/- 4.6 vs 50.4 +/- 5.0 cm, P < 0.01). DISCUSSION: We believe that aerobic capacity and leg power were constrained in preseason and that improvements primarily reflected an in-season recovery from a fatigued state, which was caused by incongruous preseason training. Residual adaptations to high-altitude exposure in preseason could have also affected the results. Nonetheless, modern alpine skiing seemingly provides an ample cardiovascular training stimulus for skiers to maintain their aerobic capacities during the racing season. CONCLUSIONS: We conclude that aerobic fitness and leg explosiveness can be maintained in-season but may be compromised by heavy or excessive preseason training. In addition, ramp test V O2/W slope analysis could be useful for monitoring both positive and negative responses to training.

The calculation of Afρ and mass loss rate for comets

Ab initio calculations of Afρ are presented using Mie scattering theory and a Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) dust outflow model in support of the Rosetta mission and its target 67P/Churyumov-Gerasimenko (CG). These calculations are performed for particle sizes ranging from 0.010 μm to 1.0 cm. The present status of our knowledge of various differential particle size distributions is reviewed and a variety of particle size distributions is used to explore their effect on Afρ , and the dust mass production View the MathML sourcem˙. A new simple two parameter particle size distribution that curtails the effect of particles below 1 μm is developed. The contributions of all particle sizes are summed to get a resulting overall Afρ. The resultant Afρ could not easily be predicted a priori and turned out to be considerably more constraining regarding the mass loss rate than expected. It is found that a proper calculation of Afρ combined with a good Afρ measurement can constrain the dust/gas ratio in the coma of comets as well as other methods presently available. Phase curves of Afρ versus scattering angle are calculated and produce good agreement with observational data. The major conclusions of our calculations are: – The original definition of A in Afρ is problematical and Afρ should be: qsca(n,λ)×p(g)×f×ρqsca(n,λ)×p(g)×f×ρ. Nevertheless, we keep the present nomenclature of Afρ as a measured quantity for an ensemble of coma particles.– The ratio between Afρ and the dust mass loss rate View the MathML sourcem˙ is dominated by the particle size distribution. – For most particle size distributions presently in use, small particles in the range from 0.10 to 1.0 μm contribute a large fraction to Afρ. – Simplifying the calculation of Afρ by considering only large particles and approximating qsca does not represent a realistic model. Mie scattering theory or if necessary, more complex scattering calculations must be used. – For the commonly used particle size distribution, dn/da ∼ a−3.5 to a−4, there is a natural cut off in Afρ contribution for both small and large particles. – The scattering phase function must be taken into account for each particle size; otherwise the contribution of large particles can be over-estimated by a factor of 10. – Using an imaginary index of refraction of i = 0.10 does not produce sufficient backscattering to match observational data. – A mixture of dark particles with i ⩾ 0.10 and brighter silicate particles with i ⩽ 0.04 matches the observed phase curves quite well. – Using current observational constraints, we find the dust/gas mass-production ratio of CG at 1.3 AU is confined to a range of 0.03–0.5 with a reasonably likely value around 0.1.

Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko: Constraints on its origin from OSIRIS observations

Context. One of the main aims of the ESA Rosetta mission is to study the origin of the solar system by exploring comet 67P/Churyumov-Gerasimenko at close range. Aims. In this paper we discuss the origin and evolution of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko in relation to that of comets in general and in the framework of current solar system formation models. Methods. We use data from the OSIRIS scientific cameras as basic constraints. In particular, we discuss the overall bi-lobate shape and the presence of key geological features, such as layers and fractures. We also treat the problem of collisional evolution of comet nuclei by a particle-in-a-box calculation for an estimate of the probability of survival for 67P/Churyumov-Gerasimenko during the early epochs of the solar system. Results. We argue that the two lobes of the 67P/Churyumov-Gerasimenko nucleus are derived from two distinct objects that have formed a contact binary via a gentle merger. The lobes are separate bodies, though sufficiently similar to have formed in the same environment. An estimate of the collisional rate in the primordial, trans-planetary disk shows that most comets of similar size to 67P/Churyumov-Gerasimenko are likely collisional fragments, although survival of primordial planetesimals cannot be excluded. Conclusions. A collisional origin of the contact binary is suggested, and the low bulk density of the aggregate and abundance of volatile species show that a very gentle merger must have occurred. We thus consider two main scenarios: the primordial accretion of planetesimals, and the re-accretion of fragments after an energetic impact onto a larger parent body. We point to the primordial signatures exhibited by 67P/Churyumov-Gerasimenko and other comet nuclei as critical tests of the collisional evolution.

Asset Pricing with Heterogeneous Agents, Incomplete Markets and Trading Constraints

The consumption capital asset pricing model is the standard economic model used to capture stock market behavior. However, empirical tests have pointed out to its inability to account quantitatively for the high average rate of return and volatility of stocks over time for plausible parameter values. Recent research has suggested that the consumption of stockholders is more strongly correlated with the performance of the stock market than the consumption of non-stockholders. We model two types of agents, non-stockholders with standard preferences and stock holders with preferences that incorporate elements of the prospect theory developed by Kahneman and Tversky (1979). In addition to consumption, stockholders consider fluctuations in their financial wealth explicitly when making decisions. Data from the Panel Study of Income Dynamics are used to calibrate the labor income processes of the two types of agents. Each agent faces idiosyncratic shocks to his labor income as well as aggregate shocks to the per-share dividend but markets are incomplete and agents cannot hedge consumption risks completely. In addition, consumers face both borrowing and short-sale constraints. Our results show that in equilibrium, agents hold different portfolios. Our model is able to generate a time-varying risk premium of about 5.5% while maintaining a low risk free rate, thus suggesting a plausible explanation for the equity premium puzzle reported by Mehra and Prescott (1985).