Search for gamma-ray signals from dark matter annihilation or decay at the Draco dwarf galaxy and the Galactic halo with MAGIC

Resum

Les observacions astrofísiques i cosmològiques afirmen de la existència d’una forma de matèria no bariònica i invisible, anomenada Matèria Fosca (DM), que representa el 85% de la massa total de l’Univers. Entre els numerosos models, la “Weakly Interacting Massive Particle”, una classe de partícules que no formen part del model estàndar (SM), representa un dels millors candidats de DM, en el moment que compleix la característica requerida per el model cosmològic actual per a DM: ser débilment interactiu amb la matèria ordinaria, no relativista (DM freda) i estable a escala cosmològica. Se suposa, que els WIMPs tenen una massa entre uns pocs GeV i centenars de TeV, i produeixen partícules del SM mitjançant aniquilació o desintegració. La cerca indirecta de firmes de DM a través dels raigs γ d’origen astrofísic, és molt prometedora, ja que aquestes senyals provenen directament de la font emissora i contenen característiques que no estan relacionades amb cap altre objecte astrofísic. A més, la DM ha impulsat l’evolució històrica de l’Univers, degut a que la matèria bariònica s’ha acumulat en les sobredensitats de DM, creant totes les estructures que veiem avuí dia. Com a conseqüència, galaxies, galaxies satèlits i altres estructures, s’ha format dins d’un halo de DM, amb una densitat que arriba al seu punt màxim en el centre de la galàxia i, disminueix cap a l’exterior. La Vía Láctea i les seves galàxies nanes satèlit representen els objectes dominats per DM més propers a la Terra. En aquesta tèsis presento els resultats de les observacions de la galàxia nana Draco i la regió extesa del halo Galàctic de DM utilitzant els telescopis MAGIC. Ambdós objectes tenen diferents característiques: Draco és moderadament extesa per a MAGIC i pot tractar-se amb un anàlisis estàndar, mentre que la regió del halo està molt extesa i la regió de la senyal esperada va molt més enllà del camp de visió de MAGIC. El nou enfocament que he considerat per observar amb èxit el halo galàctic, consisteix en comparar parells d’observacions realitzades a diferents distàncies angulars del Centre Galàctic, seleccionant, de tal manera, que tots els components difusos es cancel·lin, excepte per als que venen de la DM. Per a mantenir l’incertesa sistemàtica d’aquest mètode d’estimació del fons al mínim, els parells d’observació s’han adquirit durant les mateixes nits, seguint exactament els mateixos camins d’azimut i zenit amb excel·lents condicions climàtiques. Un 20% de les dades s’han utilitzat per determinar el nivell d’errors sistemàtics, mentre que la resta s’han utilitzat per restringir la secció eficaç promitja de la DM i / o la seva vida mitja. Un anàlisis de màxima probabilitat (likelihood) optimizada, per a explorar les característiques del espectre d’aniquilació i desintegrament de la DM, s’aplica a les dades dels dos objectes. No s’ha trobat cap indici de DM en ambdues mostres de dades, el que limita la secció eficaç promitja a ∼10^-23 cm^3/s i la vida mitja de la DM a ∼10^26 s.

Data del Ajut	17 de des. 2020
Idioma original	Anglès
Supervisor	Enrique Fernandez Sanchez (Director/a) & Francisco Javier Rico Castro (Director/a)