SEARCH FOR DARK MATTER ANNIHILATION SIGNALS FROM THE FORNAX GALAXY CLUSTER WITH H.E.S.S.

被引:55
作者
Abramowski, A. [1 ,21 ]
Acero, F. [2 ]
Aharonian, F. [3 ,4 ,5 ]
Akhperjanian, A. G. [5 ,6 ]
Anton, G. [7 ]
Balzer, A. [7 ]
Barnacka, A. [8 ,9 ]
de Almeida, U. Barres [10 ]
Becherini, Y. [11 ,12 ,33 ]
Becker, J. [13 ]
Behera, B. [14 ]
Bernloehr, K. [3 ,15 ]
Birsin, E. [15 ]
Biteau, J. [12 ]
Bochow, A. [3 ]
Boisson, C. [16 ]
Bolmont, J. [17 ]
Bordas, P. [18 ]
Brucker, J. [7 ]
Brun, F. [12 ]
Brun, P. [9 ]
Bulik, T. [19 ]
Bueching, I. [13 ,20 ]
Carrigan, S. [3 ]
Casanova, S. [13 ]
Cerruti, M. [16 ]
Chadwick, P. M. [10 ]
Charbonnier, A. [17 ]
Chaves, R. C. G. [3 ]
Cheesebrough, A. [10 ]
Clapson, A. C. [3 ]
Coignet, G. [21 ]
Cologna, G. [14 ]
Conrad, J. [22 ]
Dalton, M. [15 ]
Daniel, M. K. [10 ]
Davids, I. D. [23 ]
Degrange, B. [12 ]
Deil, C. [3 ]
Dickinson, H. J. [22 ]
Djannati-Atai, A. [11 ,33 ]
Domainko, W. [3 ]
Drury, L. O'C. [4 ]
Dubus, G. [24 ]
Dutson, K. [25 ]
Dyks, J. [8 ]
Dyrda, M. [26 ]
Egberts, K. [27 ]
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机构
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[9] CE Saclay, IRFU DSM CEA, F-91191 Gif Sur Yvette, France
[10] Univ Durham, Dept Phys, Durham DH1 3LE, England
[11] Univ Paris 07, CNRS, F-75205 Paris 13, France
[12] Ecole Polytech, CNRS IN2P3, Lab Leprince Ringuet, F-91128 Palaiseau, France
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[19] Univ Warsaw, Astron Observ, PL-00478 Warsaw, Poland
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[23] Univ Namibia, Dept Phys, Windhoek, Namibia
[24] Univ Grenoble 1, INSU CNRS, Lab Astrophys Grenoble, F-38041 Grenoble 9, France
[25] Univ Leicester, Dept Phys & Astron, Leicester LE1 7RH, Leics, England
[26] Inst Fizyki Jadrowej PAN, PL-31342 Krakow, Poland
[27] Leopold Franzens Univ Innsbruck, Inst Astro & Teilchenphys, A-6020 Innsbruck, Austria
[28] Uniwersytet Jagiellonski, Obserwatorium Astron, PL-30244 Krakow, Poland
[29] Nicholas Copernicus Univ, Torun Ctr Astron, PL-87100 Torun, Poland
[30] Univ Adelaide, Sch Chem & Phys, Adelaide, SA 5005, Australia
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[32] Univ Leeds, Sch Phys & Astron, Leeds LS2 9JT, W Yorkshire, England
[33] Univ Paris 07, CEA, Observ Paris, CNRS,UMR 7164, F-75221 Paris 05, France
基金
新加坡国家研究基金会;
关键词
astroparticle physics; dark matter; galaxies: clusters: general; galaxies: clusters: individual (Fornax); gamma rays: galaxies: clusters; gamma rays: general; GAMMA-RAY EMISSION; COSMIC-RAYS; PERSEUS CLUSTER; CONSTRAINTS; MASS; ENERGIES; DYNAMICS; PARTICLE; SYSTEM; LIMITS;
D O I
10.1088/0004-637X/750/2/123
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
The Fornax galaxy cluster was observed with the High Energy Stereoscopic System for a total live time of 14.5 hr, searching for very high energy (VHE; E > 100GeV) gamma-rays from dark matter (DM) annihilation. No significant signal was found in searches for point-like and extended emissions. Using several models of the DM density distribution, upper limits on the DM velocity-weighted annihilation cross-section <sigma upsilon > as a function of the DM particle mass are derived. Constraints are derived for different DM particle models, such as those arising from Kaluza-Klein and supersymmetric models. Various annihilation final states are considered. Possible enhancements of the DM annihilation gamma-ray flux, due to DM substructures of the DM host halo, or from the Sommerfeld effect, are studied. Additional gamma-ray contributions from internal bremsstrahlung and inverse Compton radiation are also discussed. For a DM particle mass of 1 TeV, the exclusion limits at 95% of confidence level reach values of <sigma upsilon >(95% C.L.) similar to 10(-23) cm(3) s(-1), depending on the DM particle model and halo properties. Additional contribution from DM substructures can improve the upper limits on <sigma upsilon > by more than two orders of magnitude. At masses around 4.5 TeV, the enhancement by substructures and the Sommerfeld resonance effect results in a velocity-weighted annihilation cross-section upper limit at the level of <sigma upsilon >(95% C.L.) similar to 10(-26) cm(3) s(-1).
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