Optimized Dark Matter Searches in Deep Observations of Segue 1 with MAGIC

این پایان نامه نتایج جستجوهای غیرمستقیم ماده تاریک را در آسمان پرتو گامای کیهان نزدیک، همانطور که توسط تلسکوپ MAGIC مشاهده می شود، ارائه می دهد. نویسنده رصدهای 160 ساعته کهکشان کروی شکل کوتوله Segue 1 را پیشنهاد و رهبری کرده است، که عمیق ترین بررسی از هر جرمی از این قبیل توسط تلسکوپ چرنکوف تاکنون است. علاوه بر این، او روش جدیدی به نام "احتمال کامل" را توسعه داد و کاملاً مشخص کرد که حساسیت ابزارهای چرنکوف را برای تشخیص سیگنال های پرتو گاما با منشاء ماده تاریک بهینه می کند. در مقایسه با تکنیک‌های آنالیز استاندارد، این رویکرد جدید بهبود حساسیت ضریب دو را معرفی می‌کند (یعنی برای رسیدن به نتیجه مشابه به زمان مشاهده 4 برابر کمتر نیاز دارد). علاوه بر این، امکان ادغام مستقیم نتایج از اهداف و/یا آشکارسازهای مختلف را فراهم می کند.

با انتخاب هدف رصدی بهینه و ترکیب نوردهی بسیار عمیق آن با تحلیل احتمال کامل با داده‌های به‌دست‌آمده، نویسنده محدودیت‌های MAGIC موجود به خواص ماده تاریک را با بیش از یک مرتبه بزرگی بهبود بخشیده است. علاوه بر این، برای ذراتی با جرم بیشتر از چند صد گیگا ولت، اینها قوی‌ترین محدودیت‌های کهکشان‌های کوتوله هستند که توسط هر ابزار پرتو گاما، چه زمینی و چه در فضا، به دست آمده‌اند.

This thesis presents the results of indirect dark matter searches in the gamma-ray sky of the near Universe, as seen by the MAGIC Telescopes. The author has proposed and led the 160 hours long observations of the dwarf spheroidal galaxy Segue 1, which is the deepest survey of any such object by any Cherenkov telescope so far. Furthermore, she developed and completely characterized a new method, dubbed “Full Likelihood”, that optimizes the sensitivity of Cherenkov instruments for detection of gamma-ray signals of dark matter origin. Compared to the standard analysis techniques, this novel approach introduces a sensitivity improvement of a factor of two (i.e. it requires 4 times less observation time to achieve the same result). In addition, it allows a straightforward merger of results from different targets and/or detectors.

By selecting the optimal observational target and combining its very deep exposure with the Full Likelihood analysis of the acquired data, the author has improved the existing MAGIC bounds to the dark matter properties by more than one order of magnitude. Furthermore, for particles more massive than a few hundred GeV, those are the strongest constraints from dwarf galaxies achieved by any gamma-ray instrument, both ground-based or space-borne alike.