Systematic Studies of an On-Off-Analysis of H.E.S.S. data in Search for a Signal from the Dark Matter Halo of the Milky Way

Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2013-10-04
Issue Year
2013
Authors
Jahn, Constanze
Editor
Abstract

The search for dark matter forms one of the key scientific goals in contemporary particle and astroparticle physics. The distribution of dark matter in the Milky Way is thought to be radially symmetric and to peak at the Galactic Centre, which makes the latter a very interesting target for the search for dark matter. Models predict the annihilation or decay of dark matter into standard model particles, among them gamma rays with potentially very high energies (VHE, E ≥ 100 GeV). In this energy regime the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) operates, which is an array of four imaging atmospheric Cherenkov telescopes (IACT) situated in the Khomas highland in Namibia. H.E.S.S. detects gamma rays with energies between about 100GeV and up to several tens of TeV. Furthermore it has observed the Galactic Centre for over 100 hours. In this thesis an on-off-analysis method based on the Model++ reconstruction, a new and very sensitive reconstruction method, is developed. Detailed systematic studies are presented and used to quantify the uncertainty of the developed analysis method. The on-off-analysis method is then applied to the data taken on the Galactic Centre region and upper limits on the velocity-averaged dark matter annihilation cross-section are derived.

Abstract

Die Suche nach Dunkler Materie ist eines der wichtigsten wissenschaftlichen Ziele der modernen Teilchen- und Astroteilchenphysik. Die Verteilung der Dunklen Materie (DM) in der Milchstraße wird als radialsymmetrisch angenommen und hat den h ̈ochsten Wert im Galaktischen Zentrum. Deshalb ist das Galaktische Zentrum eine spannende Region im Hinblick auf die Suche nach Dunkler Materie. Modelle sagen die Annihilation bzw. den Zerfall von DM-Partikeln in Teilchen des Standardmodells, darunter auch Photonen mit sehr hohen Energien (E ≥ 100GeV), voraus. In diesem Energiebereich arbeitet das High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), das ein Teleskopsystem bestehend aus vier abbildenden atmosph ̈arischen Cherenkovteleskopen ist und sich im Khomas Hochland in Namibia befindet. H.E.S.S. weist Gammastrahlen mit Energien zwischen ungef ̈ahr 100GeV und etwa 50TeV nach. H.E.S.S. hat das Zentrum unserer Galaxie l ̈anger als 100 Stunden beobachtet. In der vorliegenden Arbeit wird eine On-Off-Analyse basierend auf der Model++ Rekonstruktion, einer neuen und sehr sensitiven Rekonstruktionsmethode, entwickelt. Desweiteren werden detailierte systematische Studien pra ̈sentiert und verwendet um die Unsicherheiten der entwickelten Methode zu quantifizieren. Die On-Off-Analyse wird dann angewandt um die Daten vom Galaktische Zentrum zu analysieren und obere Grenzen an den Wirkungsquerschnitt der Annihilation der Dunklen Materie zu bestimmen.

DOI
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