Indirect dark matter searches: MAGIC & CTA

Resum

Després de dècades d'observacions, és evident que les partíicules del model estàndard són insuficients per explicar el fort desequilibri gravitacional observat a diverses regions astronòmiques, de diferents escales cosmològiques, des de satèl·lits de la Via Làctia fins a cúmuls de galàxies. Si bé és veritat que algunes teories suggereixen a una modificació de les lleis gravitacionals actuals, l'existència d'una partícula (o un grup de partícules) nova, interaccionant de forma feble amb les partícules del model estàndard està considerada com l'opció més viable. Estimacions recents prediuen que aquest tipus de matèria fosca és 4 vegades més present que la matèria del model estàndard, modelant així la formació de les grans estructures de l'univers al llarg de la vida d'aquest. Un escenari general de la matèria fosca és el dels WIMPs, partícules genèriques massives, amb masses entre pocs GeVs i alguns TeV, interaccions de l'ordre de les interaccions dèbils del model estàndard, i o bé estables o amb temps de vida mitjana prou llargs. L'escenari WIMP ha estat llargament debatut, i té l'avantatja d'estar a l'abast dels instruments més potents construïts a la terra, proporcionant així possibles deteccions independents que podria validar el descobriment. En particular em centro en cerques indirectes de matèria fosca, on s'espera que WIMPs anihilats o decaient emetin rajos gamma amb energies detectables per telescopis IACT, com per exemple els telescopis MAGIC, actualment operant des de La Palma o la futura xarxa de telescopis CTA. El senyal esperat de rajos gamma d'aquesta matèria fosca pot ser moderadament extensa, comparada amb el camp de visió dels IACTs, cosa que afegeix certa complexitat a les cerques de matèria fosca realitzades per a aquests telescopis. En aquesta tesi, he contribuït a l'esforç realitzat per MAGIC en cerques indirectes de matèria fosca a diferents nivells d'analisis. He desenvolupat una eina per gestionar volums massius de dades que són típicament generats per MAGIC, però també per tota la comunitat experimental de física d'altes energies. També he desenvolupat un MonteCarlo per a fonts extenses que s'ajusta a l'emissió esperada de la font, obtenint així les funcions correctes de resposta de l'instrument. Finalment, un mètode per a optimitzar la configuració d'apuntat durant les observacions de fonts moderadament extenses amb IACTs ha estat proposat. El mètode té en compte la resposta finita dels IACTs al llarg de tot el camp de visió per a proporcionar la distància òptima a la qual el telescopi ha d'apuntar a la font, així com, quina seria la regió d'integració més adient. Apliquem aquest mètode per primera vegada a cerques de matèria fosca en galàxies satèl·lits de la Via Làctia. També exposo la meva contribució al telescopi més gran que operarà a CTA, el LST, que dominarà la sensibilitat de cerques de WIMPs estàndard. Límits a la secció eficaç i/o temps de vida mitjana són imposats mitjançant 60 hores d'observació de la galàxia Triangulum-II i 202 hores del cúmul de galàxies de Perseus. En ambdues cerques, fem ús del mètode de màxima versemblança, optimitzat per a la morfologia espacial i energètica del senyal esperat de rajos gamma. Obtenim sensibilitats a la secció eficaç de 3·10^{-26}~\cm^{3}\s^{-1} i temps de vida mitjana de 0.3·10^{25}~\s, essent aquests els resultats més restrictius obtinguts amb MAGIC en cerques de WIMPs.

Data del Ajut	2 de març 2018
Idioma original	Anglès
Supervisor	Francisco Javier Rico Castro (Director/a) & Enrique Fernandez Sanchez (Tutor/a)