Dark Matter gamma-line search in the Galactic Centre with H.E.S.S. using an On-Off technique

Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2018-07-30
Issue Year
2018
Authors
Veh, Johannes
Editor
Abstract

The High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) is an Imaging Air Cherenkov Telescope located in Namibia. Since 2003 it has been taking data in its phase I configuration with four telescopes. In 2012 operation in phase II started with a much larger fifth telescope built in the centre of the array reducing the energy threshold. One of the scientific goals of H.E.S.S. is to search for Dark Matter. It is expected that a large amount of Dark Matter is located in a halo around the Galaxy with the highest density close to the centre. This makes the Galactic Centre a good target region for Dark Matter searches. If the Dark Matter particle mass is in the GeV to TeV range, H.E.S.S. might be able to find a signal of pair annihilating Dark Matter in rays. In this thesis a line-like signal from was searched for. The exact shape of the Dark Matter distribution is unknown. Due to the chosen On-Off analysis technique it is possible to probe Cored and Cusped Dark Matter density distributions. With the chosen likelihood analysis it is possible to combine data from both phases of H.E.S.S. In this thesis upper limits on the velocity-weighted annihilation cross section using such a combined data set are shown for the first time. Furthermore, several systematic studies were performed to improve the understanding of data quality and the analysis results.

Abstract

Das High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) ist ein in Namibia aufgebautes System aus abbildenden Cherenkov-Teleskopen. Seit 2003 werden Daten in der ersten Ausbaustufe, bestehend aus vier Teleskopen, genommen. Im Jahr 2012 wurde der Betrieb in Phase zwei aufgenommen, in der ein weiteres, deutlich größeres Teleskop, welches die Energieschwelle reduziert, im Zentrum des Systems hinzugefügt wurde. Eines der wissenschaftlichen Ziele von H.E.S.S. ist es, die Natur von Dunkler Materie zu untersuchen. Es wird erwartet, dass eine große Menge an Dunkler Materie in einem galaktischen Halo in der Milchstraße existiert, mit besonders hoher Dichte nahe dem Zentrum der Galaxie. Dadurch ist es ein gutes Ziel für die Suchen nach Signalen von Dunkler Materie. Die Suche in dieser Region muss jedoch sehr behutsam durchgeführt werden, da viel -Strahlung durch astrophysikalische Quellen erzeugt wird. In dieser Arbeit wird nach einem linienartigen Signal aus Paarvernichtung () gesucht. Wenn die Masse der Dunklen Materie-Teilchen im GeV- bis TeV-Bereich liegt, hat H.E.S.S. eine Chance, dieses Signal zu sehen. Die genaue Form des Dunkle-Materie-Halo ist unbekannt. Durch die in dieser Arbeit verwendete On-Off-Analyse ist es möglich, sowohl im Zentrum steil verlaufende als auch flache Dunkle-Materie-Dichte-Profile zu untersuchen. Mit der hier gewählten Maximum-Likelihood-Methode lässt sich, eine kombinierte Analyse von Daten aus beiden Phasen von H.E.S.S. erstellen. Mit dieser Analyse werden zum ersten Mal obere Limits für den geschwindigkeitsgemittelten Wirkungsquerschnitt mit einem kombinierten Datensatz errechnet. Des Weiteren wurden systematische Studien durchgeführt, um ein besseres Verständnis der Daten zu erhalten sowie die Ergebnisse besser verständlich zu machen.

DOI
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