Prospect for dark matter annihilation signatures from gamma-ray observation of dwarf galaxies by LHAASO

被引：10

作者：

He, Dong-Ze ^{[1
]}

Bi, Xiao-Jun ^{[2
,3
]}

Lin, Su-Jie ^{[2
]}

Yin, Peng-Fei ^{[2
]}

Zhang, Xin ^{[1
,4
]}

机构：

[1] Northeastern Univ, Coll Sci, Dept Phys, Shenyang 110819, Liaoning, Peoples R China

[2] Chinese Acad Sci, Inst High Energy Phys, Key Lab Particle Astrophys, Beijing 100049, Peoples R China

[3] Univ Chinese Acad Sci, Sch Phys Sci, Beijing 100049, Peoples R China

[4] Peking Univ, Ctr High Energy Phys, Beijing 100080, Peoples R China

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2019年 / 100卷 / 08期

基金：

中国国家自然科学基金;

关键词：

RADIATION; MODELS;

D O I：

10.1103/PhysRevD.100.083003

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

The Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) is a next-generation observatory for high-energy gamma rays and cosmic rays with wide field of view. It will detect gamma rays with high sensitivity in the energy range from 300 GeV to 1 PeV. Therefore, it is promising for LHAASO to search for the high-energy gamma rays induced by dark matter (DM) self-annihilation in dwarf spheroidal satellite galaxies (dSphs), which are ideal objects for the DM indirect detection. In this work, we investigate the LHAASO sensitivity to DM self-annihilation signatures for 19 dSphs and take the uncertainties on the spatial DM distribution of dSphs into account. We perform a joint likelihood analysis for the 19 dSphs and find that the LHAASO sensitivity to the DM annihilation cross section will reach O(10(-24)) similar to O(10(-25)) cm(3) s(-1) at the mass scale above tera-electron-volts for several annihilation modes, which is larger than the canonical thermal relic cross section by a factor of 10-100.

引用

页数：12

共 74 条

[1] Detection of a gamma-ray source in the Galactic Center consistent with extended emission from dark matter annihilation and concentrated astrophysical emission (vol 86, 083511, 2012) [J].

Abazajian, Kevork N. ;

Kaplinghat, Manoj .

PHYSICAL REVIEW D, 2013, 87 (12)

[2] Detection of a gamma-ray source in the Galactic Center consistent with extended emission from dark matter annihilation and concentrated astrophysical emission [J].

Abazajian, Kevork N. ;

Kaplinghat, Manoj .

PHYSICAL REVIEW D, 2012, 86 (08)

[3] OBSERVATIONS OF MILKY WAY DWARF SPHEROIDAL GALAXIES WITH THE FERMI-LARGE AREA TELESCOPE DETECTOR AND CONSTRAINTS ON DARK MATTER MODELS [J].

Abdo, A. A. ;

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Atwood, W. B. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Bechtol, K. ;

Bellazzini, R. ;

Berenji, B. ;

Bloom, E. D. ;

Bonamente, E. ;

Borgland, A. W. ;

Bregeon, J. ;

Brez, A. ;

Brigida, M. ;

Bruel, P. ;

Burnett, T. H. ;

Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

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Casandjian, J. M. ;

Cecchi, C. ;

Chekhtman, A. ;

Cheung, C. C. ;

Chiang, J. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

Conrad, J. ;

de Angelis, A. ;

de Palma, F. ;

Digel, S. W. ;

do Couto e Silva, E. ;

Drell, P. S. ;

Drlica-Wagner, A. ;

Dubois, R. ;

Dumora, D. ;

Farnier, C. ;

Favuzzi, C. ;

Fegan, S. J. ;

Focke, W. B. ;

Fortin, P. ;

Frailis, M. ;

Fukazawa, Y. ;

Fusco, P. ;

Gargano, F. ;

Gehrels, N. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2010, 712 (01) :147-158

[4] Fermi Large Area Telescope Search for Photon Lines from 30 to 200 GeV and Dark Matter Implications [J].

Abdo, A. A. ;

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Atwood, W. B. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Bechtol, K. ;

Bellazzini, R. ;

Berenji, B. ;

Bloom, E. D. ;

Bonamente, E. ;

Borgland, A. W. ;

Bouvier, A. ;

Bregeon, J. ;

Brez, A. ;

Brigida, M. ;

Bruel, P. ;

Burnett, T. H. ;

Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caraveo, P. A. ;

Carrigan, S. ;

Casandjian, J. M. ;

Cecchi, C. ;

Celik, Oe. ;

Chekhtman, A. ;

Chiang, J. ;

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Claus, R. ;

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Digel, S. W. ;

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Dubois, R. ;

Dumora, D. ;

Edmonds, Y. ;

Essig, R. ;

Farnier, C. ;

Favuzzi, C. ;

Fegan, S. J. ;

Focke, W. B. ;

Fortin, P. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (09)

[5] Observation of the Crab Nebula with the HAWC Gamma-Ray Observatory [J].

Abeysekara, A. U. ;

Albert, A. ;

Alfaro, R. ;

Alvarez, C. ;

Alvarez, J. D. ;

Arceo, R. ;

Arteaga-Velazquez, J. C. ;

Solares, H. A. Ayala ;

Barber, A. S. ;

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ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 843 (01)

[6] Search for dark matter annihilation signatures in HESS observations of dwarf spheroidal galaxies [J].

Abramowski, A. ;

Aharonian, F. ;

Benkhali, F. Ait ;

Akhperjanian, A. G. ;

Anguener, E. ;

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Colafrancesco, S. ;

Cologna, G. ;

Conrad, J. ;

Couturier, C. ;

Cui, Y. ;

Dalton, M. ;

Davids, I. D. ;

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Deil, C. ;

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Donath, A. ;

Drury, L. O'C. ;

Dubus, G. ;

Dutson, K. ;

Dyks, J. ;

Dyrda, M. .

PHYSICAL REVIEW D, 2014, 90 (11)

[7] Introducing the CTA concept [J].

Acharya, B. S. ;

Actis, M. ;

Aghajani, T. ;

Agnetta, G. ;

Aguilar, J. ;

Aharonian, F. ;

Ajello, M. ;

Akhperjanian, A. ;

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Barnacka, A. ;

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Basili, A. ;

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ASTROPARTICLE PHYSICS, 2013, 43 :3-18

[8] Searching for Dark Matter Annihilation from Milky Way Dwarf Spheroidal Galaxies with Six Years of Fermi Large Area Telescope Data [J].

Ackermann, M. ;

Albert, A. ;

Anderson, B. ;

Atwood, W. B. ;

Baldini, L. ;

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Bastieri, D. ;

Bechtol, K. ;

Bellazzini, R. ;

Bissaldi, E. ;

Blandford, R. D. ;

Bloom, E. D. ;

Bonino, R. ;

Bottacini, E. ;

Brandt, T. J. ;

Bregeon, J. ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caputo, R. ;

Caragiulo, M. ;

Caraveo, P. A. ;

Cecchi, C. ;

Charles, E. ;

Chekhtman, A. ;

Chiang, J. ;

Chiaro, G. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

Conrad, J. ;

Cuoco, A. ;

Cutini, S. ;

D'Ammando, F. ;

de Angelis, A. ;

de Palma, F. ;

Desiante, R. ;

Digel, S. W. ;

Di Venere, L. ;

Drell, P. S. ;

Drlica-Wagner, A. ;

Essig, R. ;

Favuzzi, C. ;

Fegan, S. J. ;

Ferrara, E. C. ;

Focke, W. B. ;

Franckowiak, A. ;

Fukazawa, Y. ;

Funk, S. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2015, 115 (23)

[9] Dark matter constraints from observations of 25 Milky Way satellite galaxies with the Fermi Large Area Telescope [J].

Ackermann, M. ;

Albert, A. ;

Anderson, B. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Bechtol, K. ;

Bellazzini, R. ;

Bissaldi, E. ;

Bloom, E. D. ;

Bonamente, E. ;

Bouvier, A. ;

Brandt, T. J. ;

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Brigida, M. ;

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Chiang, J. ;

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Claus, R. ;

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Conrad, J. ;

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Drlica-Wagner, A. ;

Essig, R. ;

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Gargano, F. ;

Gasparrini, D. ;

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Giroletti, M. ;

Godfrey, G. .

PHYSICAL REVIEW D, 2014, 89 (04)

[10] Search for gamma-ray spectral lines with the Fermi Large Area Telescope and dark matter implications [J].

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Albert, A. ;

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[1] Detection of a gamma-ray source in the Galactic Center consistent with extended emission from dark matter annihilation and concentrated astrophysical emission (vol 86, 083511, 2012) [J].

Abazajian, Kevork N. ;

Kaplinghat, Manoj .

PHYSICAL REVIEW D, 2013, 87 (12)

[2] Detection of a gamma-ray source in the Galactic Center consistent with extended emission from dark matter annihilation and concentrated astrophysical emission [J].

Abazajian, Kevork N. ;

Kaplinghat, Manoj .

PHYSICAL REVIEW D, 2012, 86 (08)

[3] OBSERVATIONS OF MILKY WAY DWARF SPHEROIDAL GALAXIES WITH THE FERMI-LARGE AREA TELESCOPE DETECTOR AND CONSTRAINTS ON DARK MATTER MODELS [J].

Abdo, A. A. ;

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Atwood, W. B. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

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Bloom, E. D. ;

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Farnier, C. ;

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Gehrels, N. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2010, 712 (01) :147-158

[4] Fermi Large Area Telescope Search for Photon Lines from 30 to 200 GeV and Dark Matter Implications [J].

Abdo, A. A. ;

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Atwood, W. B. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Bechtol, K. ;

Bellazzini, R. ;

Berenji, B. ;

Bloom, E. D. ;

Bonamente, E. ;

Borgland, A. W. ;

Bouvier, A. ;

Bregeon, J. ;

Brez, A. ;

Brigida, M. ;

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Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caraveo, P. A. ;

Carrigan, S. ;

Casandjian, J. M. ;

Cecchi, C. ;

Celik, Oe. ;

Chekhtman, A. ;

Chiang, J. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

Conrad, J. ;

Dermer, C. D. ;

de Angelis, A. ;

de Palma, F. ;

Digel, S. W. ;

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Drell, P. S. ;

Drlica-Wagner, A. ;

Dubois, R. ;

Dumora, D. ;

Edmonds, Y. ;

Essig, R. ;

Farnier, C. ;

Favuzzi, C. ;

Fegan, S. J. ;

Focke, W. B. ;

Fortin, P. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (09)

[5] Observation of the Crab Nebula with the HAWC Gamma-Ray Observatory [J].

Abeysekara, A. U. ;

Albert, A. ;

Alfaro, R. ;

Alvarez, C. ;

Alvarez, J. D. ;

Arceo, R. ;

Arteaga-Velazquez, J. C. ;

Solares, H. A. Ayala ;

Barber, A. S. ;

Bautista-Elivar, N. ;

Becerril, A. ;

Belmont-Moreno, E. ;

BenZvi, S. Y. ;

Berley, D. ;

Braun, J. ;

Brisbois, C. ;

Caballero-Mora, K. S. ;

Capistran, T. ;

Carraminana, A. ;

Casanova, S. ;

Castillo, M. ;

Cotti, U. ;

Cotzomi, J. ;

de Leon, S. Coutino ;

de la Fuente, E. ;

De Leon, C. ;

DeYoung, T. ;

Dingus, B. L. ;

DuVernois, M. A. ;

Diaz-Velez, J. C. ;

Ellsworth, R. W. ;

Fiorino, D. W. ;

Fraija, N. ;

Garcia-Gonzalez, J. A. ;

Gerhardt, M. ;

Munoz, A. Gonzalez ;

Gonzalez, M. M. ;

Goodman, J. A. ;

Hampel-Arias, Z. ;

Harding, J. P. ;

Hernandez, S. ;

Hernandez-Almada, A. ;

Hinton, J. ;

Hui, C. M. ;

Huntemeyer, P. ;

Iriarte, A. ;

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Joshi, V. ;

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[6] Search for dark matter annihilation signatures in HESS observations of dwarf spheroidal galaxies [J].

Abramowski, A. ;

Aharonian, F. ;

Benkhali, F. Ait ;

Akhperjanian, A. G. ;

Anguener, E. ;

Backes, M. ;

Balenderan, S. ;

Balzer, A. ;

Barnacka, A. ;

Becherini, Y. ;

Tjus, J. Becker ;

Berge, D. ;

Bernhard, S. ;

Bernloehr, K. ;

Birsin, E. ;

Biteau, J. ;

Boettcher, M. ;

Boisson, C. ;

Bolmont, J. ;

Bordas, P. ;

Bregeon, J. ;

Brun, F. ;

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Bulik, T. ;

Carrigan, S. ;

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Chalme-Calvet, R. ;

Chaves, R. C. G. ;

Chretien, M. ;

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Cologna, G. ;

Conrad, J. ;

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Dalton, M. ;

Davids, I. D. ;

Degrange, B. ;

Deil, C. ;

deWilt, P. ;

Djannati-Atai, A. ;

Domainko, W. ;

Donath, A. ;

Drury, L. O'C. ;

Dubus, G. ;

Dutson, K. ;

Dyks, J. ;

Dyrda, M. .

PHYSICAL REVIEW D, 2014, 90 (11)

[7] Introducing the CTA concept [J].

Acharya, B. S. ;

Actis, M. ;

Aghajani, T. ;

Agnetta, G. ;

Aguilar, J. ;

Aharonian, F. ;

Ajello, M. ;

Akhperjanian, A. ;

Alcubierre, M. ;

Aleksic, J. ;

Alfaro, R. ;

Aliu, E. ;

Allafort, A. J. ;

Allan, D. ;

Allekotte, I. ;

Amato, E. ;

Anderson, J. ;

Anguener, E. O. ;

Antonelli, L. A. ;

Antoranz, P. ;

Aravantinos, A. ;

Arlen, T. ;

Armstrong, T. ;

Arnaldi, H. ;

Arrabito, L. ;

Asano, K. ;

Ashton, T. ;

Asorey, H. G. ;

Awane, Y. ;

Baba, H. ;

Babic, A. ;

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Bais, A. ;

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Balbo, M. ;

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Barber, A. ;

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Barcelo, M. ;

Barnacka, A. ;

Barnstedt, J. ;

Barres de Almeida, U. ;

Barrio, J. A. ;

Basili, A. ;

Basso, S. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2013, 43 :3-18

[8] Searching for Dark Matter Annihilation from Milky Way Dwarf Spheroidal Galaxies with Six Years of Fermi Large Area Telescope Data [J].

Ackermann, M. ;

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Bloom, E. D. ;

Bonino, R. ;

Bottacini, E. ;

Brandt, T. J. ;

Bregeon, J. ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caputo, R. ;

Caragiulo, M. ;

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Charles, E. ;

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Chiaro, G. ;

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Claus, R. ;

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Conrad, J. ;

Cuoco, A. ;

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Ferrara, E. C. ;

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Franckowiak, A. ;

Fukazawa, Y. ;

Funk, S. .

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[9] Dark matter constraints from observations of 25 Milky Way satellite galaxies with the Fermi Large Area Telescope [J].

Ackermann, M. ;

Albert, A. ;

Anderson, B. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

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Bellazzini, R. ;

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Funk, S. ;

Fusco, P. ;

Gargano, F. ;

Gasparrini, D. ;

Giglietto, N. ;

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[10] Search for gamma-ray spectral lines with the Fermi Large Area Telescope and dark matter implications [J].

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Albert, A. ;

Allafort, A. ;

Baldini, L. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Bechtol, K. ;

Bellazzini, R. ;

Bissaldi, E. ;

Bloom, E. D. ;

Bonamente, E. ;

Bottacini, E. ;

Brandt, T. J. ;

Bregeon, J. ;

Brigida, M. ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caraveo, P. A. ;

Casandjian, J. M. ;

Cecchi, C. ;

Charles, E. ;

Chaves, R. C. G. ;

Chekhtman, A. ;

Chiang, J. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

Conrad, J. ;

Cutini, S. ;

D'Ammando, F. ;

de Angelis, A. ;

de Palma, F. ;

Dermer, C. D. ;

Digel, S. W. ;

Di Venere, L. ;

Drell, P. S. ;

Drlica-Wagner, A. ;

Essig, R. ;

Favuzzi, C. ;

Fegan, S. J. ;

Ferrara, E. C. ;

Focke, W. B. ;

Franckowiak, A. ;

Fukazawa, Y. ;

Funk, S. ;

Fusco, P. .

PHYSICAL REVIEW D, 2013, 88 (08)

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