Chiara Giuri

• In the last century, several astronomical measurements have supported that a significant percentage (about 22%) of the total mass of the Universe, on galactic and extragalactic scales, is composed of a mysterious ”dark” matter (DM). DM does not interact with the electromagnetic force; in other words it does not reflect, absorb or emit light. It is possible that DM particles are weakly interacting massive particles (WIMPs) that can annihilate (or decay) into Standard Model (SM) particles, and modern very- high-energy (VHE; > 100 GeV) instruments such as imaging atmospheric Cherenkov telescopes (IACTs) can play an important role in constraining the main properties of such DM particles, by detecting these products. One of the most privileged targets where to look for DM signal are dwarf spheroidal galaxies (dSphs), as they are expected to be high DM-dominated objects with a clean, gas-free environment. Some dSphs could be considered as extended sources, considering the angular resolution of IACTs; their angu- lar resolution is adequateIn the last century, several astronomical measurements have supported that a significant percentage (about 22%) of the total mass of the Universe, on galactic and extragalactic scales, is composed of a mysterious ”dark” matter (DM). DM does not interact with the electromagnetic force; in other words it does not reflect, absorb or emit light. It is possible that DM particles are weakly interacting massive particles (WIMPs) that can annihilate (or decay) into Standard Model (SM) particles, and modern very- high-energy (VHE; > 100 GeV) instruments such as imaging atmospheric Cherenkov telescopes (IACTs) can play an important role in constraining the main properties of such DM particles, by detecting these products. One of the most privileged targets where to look for DM signal are dwarf spheroidal galaxies (dSphs), as they are expected to be high DM-dominated objects with a clean, gas-free environment. Some dSphs could be considered as extended sources, considering the angular resolution of IACTs; their angu- lar resolution is adequate to detect extended emission from dSphs. For this reason, we performed an extended-source analysis, by taking into account in the unbinned maximum likelihood estimation both the energy and the angular extension dependency of observed events. The goal was to set more constrained upper limits on the velocity-averaged cross-section annihilation of WIMPs with VERITAS data. VERITAS is an array of four IACTs, able to detect γ-ray photons ranging between 100 GeV and 30 TeV. The results of this extended analysis were compared against the traditional spectral analysis. We found that a 2D analysis may lead to more constrained results, depending on the DM mass, channel, and source. Moreover, in this thesis, the results of a multi-instrument project are presented too. Its goal was to combine already published 20 dSphs data from five different experiments, such as Fermi-LAT, MAGIC, H.E.S.S., VERITAS and HAWC, in order to set upper limits on the WIMP annihilation cross-section in the widest mass range ever reported.…
• Im letzten Jahrhundert haben verschiedene mehrere astronomische Messungen gezeigt, dass ein erheblicher Prozentsatz (etwa 22 %) der Gesamtmasse des Universums auf galaktischer und extragalaktischer Ebene aus einer geheimnisvollen ”dunklen” Materie (DM) besteht. DM interagiert nicht mit der elektromagnetischen Kraft und reflektiert, absorbiert oder emittiert daher kein Licht. Es ist möglich, dass es sich bei DM-Teilchen um schwach wechselwirkende massive Teilchen (engl. weakly interacting massive particles, WIMPs) handelt, die in Teilchen des Standardmodells (SM) annihilieren (oder zerfallen) können. Indem sie diese Produkte nachweisen, können moderne Detektoren für sehr hoch energetische (engl. very-high-energy, VHE; 100 GeV) Gammastrahlung, wie zum Beispiel bildgebende atmosphärische Cherenkov-Teleskope (engl. imaging atmospheric Cherenkov telescopes, IACTs), eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Haupteigenschaften solcher DM-Teilchen spielen. Eines der am besten geeignetsten Ziele für die Suche nach DM-Signalen sindIm letzten Jahrhundert haben verschiedene mehrere astronomische Messungen gezeigt, dass ein erheblicher Prozentsatz (etwa 22 %) der Gesamtmasse des Universums auf galaktischer und extragalaktischer Ebene aus einer geheimnisvollen ”dunklen” Materie (DM) besteht. DM interagiert nicht mit der elektromagnetischen Kraft und reflektiert, absorbiert oder emittiert daher kein Licht. Es ist möglich, dass es sich bei DM-Teilchen um schwach wechselwirkende massive Teilchen (engl. weakly interacting massive particles, WIMPs) handelt, die in Teilchen des Standardmodells (SM) annihilieren (oder zerfallen) können. Indem sie diese Produkte nachweisen, können moderne Detektoren für sehr hoch energetische (engl. very-high-energy, VHE; 100 GeV) Gammastrahlung, wie zum Beispiel bildgebende atmosphärische Cherenkov-Teleskope (engl. imaging atmospheric Cherenkov telescopes, IACTs), eine wichtige Rolle bei der Bestimmung der Haupteigenschaften solcher DM-Teilchen spielen. Eines der am besten geeignetsten Ziele für die Suche nach DM-Signalen sind sphäroidische Zwerggalaxien (engl. dwarf spheroidal galaxies, dSphs), da diese stark DM-dominierte Objekte mit einer gasfreien Umgebung sind. Die Winkelauflösung von IACTs ist ausreichend, um ausgedehnte Emission von dSphs zu entdecken. Aus diesem Grund haben wir eine Analyse dieser Quellen durchgeführt, indem wir in der unbinned Maximum-Likelihood-Schätzung sowohl die Energie als auch die Abhängigkeit der Winkelausdehnung der beobachteten Gammastrahlung berücksichtigt haben. Das Ziel war es, mit Hilfe der VERITAS-Daten genauere Obergrenzen für den geschwindigkeitsgemittelten Annihilationsquerschnitt von WIMPs zu bestimmen. VERITAS ist eine Anordnung von vier IACTs, die Gammastrahlen im Bereich von 100 GeV bis 30 TeV detektieren können. Die Ergebnisse dieser erweiterten Analyse wurden mit der traditionellen Spektralanalyse verglichen. Es zeigte sich, dass je nach DM-Masse, Kanal und Quelle eine 2D-Analyse zu aussagekräftigeren Ergebnissen führen kann. Darüber hinaus werden in dieser Arbeit auch die Ergebnisse eines Multi-Instrumenten-Projekts vorgestellt. Das Ziel war es, die bereits veröffentlichte 20 dSphs-Datensätze von Fermi-LAT, MAGIC, H.E.S.S., VERITAS und HAWC zu kombinieren, um obere Grenzwerte für den WIMP-Annihilationsquerschnitt im breitesten jemals veröffentlichten Massenbereich zu bestimmen.…