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Optimized dark matter searches in deep observations of segue 1 with MAGIC / Jelena Aleksić ; supervised by Manel Martínez Rodríguez, F.Javier Rico Castro, Enrique Fernández Sánchez
Aleksić, Jelena
Martinez Rodriguez, Manel, dir. (Institut de Física d'Altes Energies)
Rico Castro, Javier, dir. (Institut de Física d'Altes Energies)
Fernandez, E., (Fernández Sánchez, Enrique), dir. (Institut de Física d'Altes Energies)
Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física
Universitat Autònoma de Barcelona. Institut de Física d'Altes Energies

Publicació: [Barcelona] : Universitat Autònoma de Barcelona, 2013
Descripció: 1 recurs electrònic (148 p.)
Resum: Existe una impresionante cantidad de evidencia, a todas las escalas, en favor de la existencia de la materia oscura - la componente del Universo invisible, no bariónica, que representa casi el 85% de su masa total. Aunque su existencia se postuló por primera vez hace más de 80 años, la naturaleza de la materia oscura sigue siendo hoy en día un misterio. Encontrar y entender la respuesta a esta pregunta es una de las tareas más importantes y emocionantes de la ciencia moderna. En el contexto de nuestra visión cosmológica actual del Universo, la materia oscura es considerada como un nuevo tipo de partícula, que interactúa débilmente con la materia ordinaria y la radiación. Además, esta nueva partícula es probablemente fría (no relativista), no bariónica, producida térmicamente en el Universo temprano y estable en escalas cosmológicas. Nuestra búsqueda de la partícula de materia oscura se lleva a cabo en paralelo con tres enfoques diferentes: la detección de la materia oscura producida en colisionadores, la detección directa de materia oscura por su interacciones en los experimentos subterráneos, y la búsqueda indirecta en el espacio de tierra y los observatorios de Partículas del modelo estándar creados en la aniquilación de materia oscura o la decadencia. Esta última estrategia es el tema de esta tesis. Los resultados presentados aquí son de búsquedas indirectas de la materia oscura en la galaxia esferiodal enana Segue 1, realizadas con los telescopios MAGIC de luz Cherenkov. El objetivo es reconocer los rayos gamma altamente energéticos producidos en la aniquilación o la desintegración de las partículas de materia oscura. Para ello, utilizamos algunas de las características espectrales únicas de los rayos gamma procedentes de dichos procesos. Un método de análisis específico, llamado el método de full likelihood, ha sido desarrollado para optimizar la la sensibilidad del análisis para las señales de materia oscura. El esquema de la Tesis se podría resumir de la siguiente manera: • Capítulo 1 presenta el paradigma de la materia oscura: cuáles son las evidencias astrofísicas y cosmológicas que sustentan la existencia de la materia oscura y cómo pueden conciliarse con nuestra actual imagen de la evolución del Universo. El capítulo termina con una revisión de algunos de los candidatos más motivados para partícula de materia oscura, con una discusión detallada sobre aquellos que son de especial interés para este trabajo. • Capítulo 2 está dedicado a describir las búsquedas de materia oscura. Se inicia con la presentación de las diferentes estrategias que emplean actualmente los diversos experimentos, incluyendo los resultados más destacaddos, para continuar con la descripción más detallada de las búsquedas indirectos. Se presta especial atención a las fotones de alta energía como mensajeros de búsqueda, contestando a las preguntas de qué señal se debe esperar, dónde buscarla y con qué instrumentos. • Capítulo 3 presenta el instrumento utilizado en este trabajo para las búsquedas de materia oscura - los telescopios MAGIC. El capítulo se divide en dos partes: la primera describe las propiedades técnicas del sistema; la segunda, la caracterización de su cadena de análisis estándar. • Capítulo 4 presenta la contribución científica original de este trabajo - el desarrollo del método de full likelihood, un método de análisis optimizado para el reconocimiento de las características espectrales que se esperan de los fotones originados por la materia oscura. En primer lugar, se presenta formalmente el método, y a continuación se procede a la caracterización de su comportamiento para un conjunto predefinido de condiciones, y se evalúa su rendimiento para determinadas formas espectrales. • Capítulo 5 presenta los resultados de este trabajo. En primer lugar, la motivación tras la selección de la galaxia Segue 1 como el candidato óptimo para las búsqueda de materia oscura con MAGIC. A continuación, se resumen los detalles de las observaciones realizadas y de la reducción de datos. Sigue el análisis de datos usando el método de full likelihood. Por último, el capítulo termina con los límites obtenidos en este trabajo para diferentes modelos de aniquilación de la materia oscura. Se presenta breve resumen de los puntos más relevantes de esta Tesis en las conclusiones.
Resum: There is an impressive amount of evidence, on all scales, favouring the existence of dark matter - an invisible, non-baryonic component of the Universe that accounts for almost 85% of its total mass density. Although its existence was for the first time postulated more than 80 years ago, the nature of dark matter still remains a mystery. Finding and understanding the answer to this question is one of the most important and exciting tasks of modern science. In the context of our current cosmological view of the Universe, dark matter is considered to be a new type of massive particle, that interacts weakly with ordinary matter and radiation. In addition, this new particle is most likely cold, non-baryonic, produced thermally in the early Universe and stable on cosmological scales. Our search for dark matter particle is carried out in parallel by three different approaches: detection of dark matter produced in colliders, direct detection of dark matter scattering off ordinary matter in underground experiments, and indirect search with space and ground-based observatories for Standard Model particles created in dark matter annihilation or decay. This last strategy is the subject of this Thesis. Results presented here are from indirect searches for dark matter in dwarf spheroidal galaxy Segue 1, carried out with the Imaging Air Cherenkov Telescopes called MAGIC. The objective is to recognize highly energetic photons, produced in annihilation or decay of dark matter particles, by some characteristic spectral features unique for gamma rays of dark matter origin. An dedicated analysis approach, called the full likelihood method, has been developed to optimize the sensitivity of the analysis for such dark matter signatures. The outline of the Thesis could be summarized as follows: • Chapter 1 introduces the dark matter paradigm: what are the astrophysical and cosmological evidence supporting the existence of dark matter, and how can they be reconciled with our current image of the evolution of the Universe. The Chapter ends with review of some of the best motivated candidates for dark matter particle, with detailed discussion about those that are of particular interest for this work. • Chapter 2 is devoted to dark matter searches. It begins with presentation of different strategies currently employed by various experiments and their most worth noting results, to continue with more detailed description of indirect searches. Special attention is devoted to the highly energetic photons as search messengers: what signal should be expected, where to look for it and with which instruments. • Chapter 3 introduces this work's tool for dark matter searches - the MAGIC Telescopes. Chapter is divided into two parts: one, describing the technical properties of the system, and the other, characterizing its standard analysis chain. • Chapter 4 presents the original scientific contribution of this work - the development of the full likelihood approach, an analysis method optimized for recognition of spectral features expected from photons of dark matter origin. First, the method is introduced, then characterized for the pre-defined sets of conditions and its performance evaluated for particular spectrum examples. • Chapter 5 brings the results of this work. First, the motivation behind the Segue 1 galaxy as the optimal dark matter candidate for searches with MAGIC is presented. Then, details of the carried observations and data reduction are summarized. This is followed by the full likelihood analysis of the data. Finally, this Chapter ends with the constraints obtained from this work for different models of dark matter annihilation decay. Brief summary of the most relevant points of this Thesis is presented in Conclusions.
Nota: Tesi doctoral - Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Física, 2013
Nota: A portada: IFAE
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Llengua: Anglès
Document: Tesis i dissertacions electròniques ; doctoralThesis
Matèria: Matèria fosca (Astronomia) ; MAGIC (Telescopi)
ISBN: 978-84-490-3866-2

Adreça alternativa: http://hdl.handle.net/10803/117858


148 p, 2.0 MB

El registre apareix a les col·leccions:
Documents de recerca > Tesis doctorals

 Registre creat el 2013-11-06, darrera modificació el 2016-04-17



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