npsm 새물리 New Physics : Sae Mulli

pISSN 0374-4914 eISSN 2289-0041


Research Paper

New Physics: Sae Mulli 2016; 66: 984-992

Published online August 31, 2016

Copyright © New Physics: Sae Mulli.

The Sterile Neutrino as Dark Matter

암흑물질로서의 비활성 중성미자

Sin Kyu KANG*

School of Liberal Arts, Seoul National University of Science and Technology, Seoul 01811, Korea


Received: July 3, 2016; Revised: July 14, 2016; Accepted: July 14, 2016

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.


We review how the sterile neutrino can be a dark-matter candidate. We study three possible production mechanisms for sterile-neutrino dark-matter: the Dodelson-Widrow (DW) mechanism, the Shi-Fuller (SF) mechanism, and production via the decay of the scalar field. Sterile-neutrino dark matter produced only through the DW mechanism can be eliminated based on a combination of X-ray and Lyman-$\alpha$ measurements. The SF mechanism can ameliorate the problem occurring in the case of DW mechanism. The other alternative is the production of sterile neutrinos via the decay of the scalar field. By estimating the average momentum of the sterile neutrino, we investigate whether sterile neutrinos can be warm dark matter or not. We briefly discuss how sterile neutrinos can be probed indirectly by using X-ray telescopes that can detect the photon line signal produced from radiative decay of the sterile neutrino.

Keywords: Dark matter, Sterile neutrino, Cosmology

비활성 중성미자의 암흑물질 후보 입자가 될 수 있는 가능성에 대해 논의한다. 비활성 중성미자가 생성될 수 있는 3가지 생성 메카니즘에 대해 알아본다: Dodelson-Widrow (DW) mechanism, Shi-Fuller (SF) mechanism, 스칼라장의 붕괴로부터 비활성 중성미자의 생성. DW 메카니즘은 표준 모형의 중성미자와 비활성 중성미자 사이의 진동에 의해 비활성 중성미자가 생성되는 메카니즘이며, 이렇게 생성된 비활성 중성미자는 X-선 관측 결과와 Lyman-$\alpha$ 관측 결과를 동시에 만족시킬 수 없다. SF 메카니즘은 우주 초기에 충분한 양의 렙톤 비대칭이 구현되었다는 가정하에 MSW 공명에 의한 중성미자 진동을 통하여 비활성 중성미자가 생성되는 메카니즘으로 DW 메카니즘의 문제점을 극복할 수 있게 한다. 한편, 비활성 중성미자는 스칼라장의 붕괴를 통하여 충분한 양이 생성될 수 있다. 비활성 중성미자의 평균 운동량을 계산함으로써 생성 메카니즘에 따라 생성된 비활성 중성미자가 얼만큼 뜨거운지 아니면 차가운지를 알 수 있다. 비활성 중성미자는 X-선 광자를 방출하면서 붕괴될 수 있으며, 이렇게 방출된 X-선을 관측함으로써 비활성 중성미자 암흑물질을 탐색할 수 있는 가능성에 대해 논의한다.

Keywords: 암흑물질, 비활성 중성미자, 우주론

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