Optimized DarkMatter Searches in Deep Observations of Segue 1 with MAGIC

• Autores: Jelena M. Aleksic
• Directores de la Tesis: Manel Martínez Rodríguez (dir. tes.), Enrique Fernández (dir. tes.), Francisco Javier Rico Castro (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat Autònoma de Barcelona ( España ) en 2013
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Aldo Morselli (presid.), Michele Doro (secret.), Alejandro Ibarra Sixto (voc.)
• Materias:
  • Astronomía y astrofísica
  • Física
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TDX  DDD 
• Resumen

  • 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.