Search for dark matter annihilation signals from unidentified Fermi-LAT objects with H.E.S.S

H. Abdalla; F. Aharonian; F. Ait Benkhali; E.O. Angüner; C. Arcaro; C. Armand; T. Armstrong; H. Ashkar; M. Backes; V. Baghmanyan; V. Barbosa Martins; A. Barnacka; M. Barnard; Y. Becherini; D. Berge; K. Bernlöhr; B. Bi; M. Böttcher; C. Boisson; J. Bolmont; M. de Bony de Lavergne; M. Breuhaus; R. Brose; F. Brun; P. Brun; M. Bryan; M. Büchele; T. Bulik; T. Bylund; F. Cangemi; S. Caroff; A. Carosi; S. Casanova; P. Chambery; J. Catalano T. Chand; S. Chandra; A. Chen; G. Cotter; M. Curyło; H. Dalgleish; J. Damascene Mbarubucyeye; I.D. Davids; J. Davies; C. Deil; J. Devin; L. Dirson; A. Djannati-Ataï; A. Dmytriiev; A. Donath; V. Doroshenko; L. Dreyer; L. Du Plessis; C. Duffy; J. Dyks; K. Egberts; F. Eichhorn; S. Einecke; G. Emery; J.-P. Ernenwein; K. Feijen; S. Fegan; A. Fiasson; G. Fichet de Clairfontaine; G. Fontaine; S. Funk; M. Füßling; S. Gabici; Y.A. Gallant; G. Giavitto; L. Giunti; D. Glawion; J.F. Glicenstein; D. Gottschall; M.-H. Grondin; S. Hattingh; J. Hahn; M. Haupt; G. Hermann; J.A. Hinton; W. Hofmann; C. Hoischen; T.L. Holch; M. Holler; M. Hörbe; D. Horns; Z. Huang; D. Huber; M. Jamrozy; D. Jankowsky; F. Jankowsky; A. Jardin-Blicq; V. Joshi; I. Jung-Richardt; E. Kasai; K. Katarzyński; U. Katz; D. Khangulyan; B. Khélifi; S. Klepser; W. Kluźniak; Nu. Komin; R. Konno; K. Kosack; D. Kostunin; M. Kreter; G. Kukec Mezek; A. Kundu; G. Lamanna; A. Lemière; M. Lemoine-Goumard; J.-P. Lenain; F. Leuschner; C. Levy; T. Lohse; A. Luashvili; I. Lypova; J. Mackey; J. Majumdar; D. Malyshev; V. Marandon; P. Marchegiani; A. Marcowith; A. Mares; G. Martí-Devesa; R. Marx; G. Maurin; P.J. Meintjes; M. Meyer; A. Mitchell; R. Moderski; L. Mohrmann; A. Montanari; C. Moore; P. Morris; E. Moulin; J. Muller; T. Murach; K. Nakashima; A. Nayerhoda; M. de Naurois; H. Ndiyavala; J. Niemiec; L. Oakes; H. Odaka; B. Peyaud; Q. Piel; A. Noel; L. Oberholzer; P. O'Brien; S. Ohm; L. Olivera-Nieto; E. de Ona Wilhelmi; M. Ostrowski; M. Panter; S. Panny; R.D. Parsons; G. Peron; S. Pita; Matthieu Renaud; D.A. Prokhorov; H. Prokoph; G. Pühlhofer; M. Punch; A. Quirrenbach; S. Raab; R. Rauth; P. Reichherzer; A. Reimer; O. Reimer; Q. Remy; M. Renaud; F. Rieger; L. Rinchiuso; C. Romoli; G. Rowell; B. Rudak; H. Rueda Ricarte; E. Ruiz-Velasco; V. Sahakian; S. Sailer; H. Salzmann; D.A. Sanchez; A. Santangelo; M. Sasaki; M. Scalici; J. Schäfer; F. Schüssler; H.M. Schutte; U. Schwanke; M. Seglar-Arroyo; M. Senniappan; A.S. Seyffert; N. Shafi; J.N.S. Shapopi; K. Shiningayamwe; R. Simoni; A. Sinha; H. Sol; H. Spackman; A. Specovius; S. Spencer; M. Spir-Jacob; Ł. Stawarz; L. Sun; R. Steenkamp; C. Stegmann; S. Steinmassl; C. Steppa; T. Takahashi; T. Tanaka; T. Tavernier; A.M. Taylor; R. Terrier; C. Thorpe Morgan; J.H.E. Thiersen; D. Tiziani; M. Tluczykont; L. Tomankova; C. Trichard; M. Tsirou; M. Tsuji; R. Tuffs; Y. Uchiyama; D.J. van der Walt; C. van Eldik; C. van Rensburg; B. van Soelen; G. Vasileiadis; J. Veh; C. Venter; A. Viana; P. Vincent; J. Vink; H.J. Völk; Z. Wadiasingh; S.J. Wagner; J. Watson; F. Werner; R. White; A. Wierzcholska; Yu Wun Wong; H. Yassin; A. Yusafzai; M. Zacharias; R. Zanin; D. Zargaryan; A.A. Zdziarski; A. Zech; S.J. Zhu; A. Zmija; J. Zorn; S. Zouari; N. Żywucka

doi:10.3847/1538-4357/abff59

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Search for dark matter annihilation signals from unidentified Fermi-LAT objects with H.E.S.S

Article de revue

Avec comité de lecture

Search for dark matter annihilation signals from unidentified Fermi-LAT objects with H.E.S.S

H. Abdalla, F. Aharonian, F. Ait Benkhali, E.O. Angüner, C. Arcaro, C. Armand, T. Armstrong, H. Ashkar, M. Backes, V. Baghmanyan, …

The Astrophysical Journal, Vol.918

2021

DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abff59

Résumé

many-body problem

WIMP

thermal

gamma ray: emission

GLAST

galaxy

HESS

GeV

cross section: annihilation

scale: TeV

gamma ray: VHE

dark matter: annihilation

dark matter: mass

Cosmological $N$-body simulations show that Milky Way-sized galaxies harbor a population of unmerged dark matter subhalos. These subhalos could shine in gamma-rays and be eventually detected in gamma-ray surveys as unidentified sources. We performed a thorough selection among unidentified Fermi-LAT Objects (UFOs) to identify them as possible TeV-scale dark matter subhalo candidates. We search for very-high-energy (E $\gtrsim$ 100 GeV) gamma-ray emissions using H.E.S.S. observations towards four selected UFOs. Since no significant very-high-energy gamma-ray emission is detected in any dataset of the four observed UFOs nor in the combined UFO dataset, strong constraints are derived on the product of the velocity-weighted annihilation cross section $\langle \sigma v \rangle$ by the $J$-factor for the dark matter models. The 95% C.L. observed upper limits derived from combined H.E.S.S. observations reach $\langle \sigma v \rangle J$ values of 3.7$\times$10$^{-5}$ and 8.1$\times$10$^{-6}$ GeV$^2$cm$^{-2}$s$^{-1}$ in the $W^+W^-$ and $\tau^+\tau^-$ channels, respectively, for a 1 TeV dark matter mass. Focusing on thermal WIMPs, the H.E.S.S. constraints restrict the $J$-factors to lie in the range 6.1$\times$10$^{19}$ - 2.0$\times$10$^{21}$ GeV$^2$cm$^{-5}$, and the masses to lie between 0.2 and 6 TeV in the $W^+W^-$ channel. For the $\tau^+\tau^-$ channel, the $J$-factors lie in the range 7.0$\times$10$^{19}$ - 7.1$\times$10$^{20}$ GeV$^2$cm$^{-5}$ and the masses lie between 0.2 and 0.5 TeV. Assuming model-dependent predictions from cosmological N-body simulations on the $J$-factor distribution for Milky Way-sized galaxies, the dark matter models with masses greater than 0.3 TeV for the UFO emissions can be ruled out at high confidence level.

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Détails

Titre: Search for dark matter annihilation signals from unidentified Fermi-LAT objects with H.E.S.S
Créateurs - sans rôle: H. Abdalla - University of Namibia
F. Aharonian - Dublin Institute For Advanced Studies
F. Ait Benkhali - Max Planck Institute for Nuclear Physics
E.O. Angüner - Aix-Marseille Université
C. Arcaro - North-West University
C. Armand - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
T. Armstrong - University of Oxford
H. Ashkar - Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives
M. Backes - North-West University
V. Baghmanyan - Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences
V. Barbosa Martins
A. Barnacka - Jagiellonian University
M. Barnard - North-West University
Y. Becherini - Linnaeus University
D. Berge
K. Bernlöhr - Max Planck Institute for Nuclear Physics
B. Bi - University of Tübingen
M. Böttcher - North-West University
C. Boisson - Université Paris Sciences et Lettres
J. Bolmont - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
M. de Bony de Lavergne - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
M. Breuhaus - Max Planck Institute for Nuclear Physics
R. Brose - Dublin Institute For Advanced Studies
F. Brun - Université Paris-Saclay
P. Brun - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
M. Bryan
M. Büchele
T. Bulik - University of Warsaw
T. Bylund - Linnaeus University
F. Cangemi - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
S. Caroff - Université Paris Cité
A. Carosi - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
S. Casanova - Max Planck Institute for Nuclear Physics
P. Chambery - Jagiellonian University
J. Catalano T. Chand
S. Chandra
A. Chen - University of the Witwatersrand
G. Cotter - University of Oxford
M. Curyło - University of Warsaw
H. Dalgleish - North-West University
J. Damascene Mbarubucyeye
I.D. Davids - University of Namibia
J. Davies - University of Oxford
C. Deil
J. Devin - Centre National de la Recherche Scientifique
L. Dirson
A. Djannati-Ataï - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
A. Dmytriiev - Laboratoire Univers et Théories
A. Donath - Max Planck Institute for Nuclear Physics
V. Doroshenko - University of Tübingen
L. Dreyer - North-West University
L. Du Plessis
C. Duffy - University of Leicester
J. Dyks
K. Egberts - University of Potsdam
F. Eichhorn
S. Einecke - The University of Adelaide
G. Emery - Sorbonne Paris Cité
J.-P. Ernenwein - Centre National de la Recherche Scientifique
K. Feijen - The University of Adelaide
S. Fegan - Centre National de la Recherche Scientifique
A. Fiasson - Centre National de la Recherche Scientifique
G. Fichet de Clairfontaine - Université Paris Cité
G. Fontaine - Laboratoire Leprince-Ringuet
S. Funk - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. Füßling
S. Gabici - Centre National de la Recherche Scientifique
Y.A. Gallant - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
G. Giavitto
L. Giunti - CEA Paris-Saclay
D. Glawion - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
J.F. Glicenstein - Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers
D. Gottschall
M.-H. Grondin - Laboratoire de Physique des deux infinis Bordeaux
S. Hattingh - North-West University
J. Hahn
M. Haupt
G. Hermann - Max Planck Institute for Nuclear Physics
J.A. Hinton - Max Planck Institute for Nuclear Physics
W. Hofmann - Max Planck Institute for Nuclear Physics
C. Hoischen - University of Potsdam
T.L. Holch
M. Holler - Universität Innsbruck
M. Hörbe - University of Oxford
D. Horns - Universität Hamburg
Z. Huang - Max Planck Institute for Nuclear Physics
D. Huber - Universität Innsbruck
M. Jamrozy - Jagiellonian University
D. Jankowsky - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
F. Jankowsky - Heidelberg University
A. Jardin-Blicq
V. Joshi - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
I. Jung-Richardt - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
E. Kasai - University of Namibia
K. Katarzyński - Nicolaus Copernicus University
U. Katz - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
D. Khangulyan - Rikkyo University
B. Khélifi - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
S. Klepser
W. Kluźniak - Polish Academy of Sciences
Nu. Komin - University of the Witwatersrand
R. Konno
K. Kosack - Université Paris-Saclay
D. Kostunin
M. Kreter - North-West University
G. Kukec Mezek - Linnaeus University
A. Kundu - North-West University
G. Lamanna - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
A. Lemière - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
M. Lemoine-Goumard - Laboratoire de Physique des deux infinis Bordeaux
J.-P. Lenain - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
F. Leuschner
C. Levy - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
T. Lohse
A. Luashvili
I. Lypova
J. Mackey
J. Majumdar
D. Malyshev
D. Malyshev
V. Marandon
P. Marchegiani
A. Marcowith - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
A. Mares - Laboratoire de Physique des deux infinis Bordeaux
G. Martí-Devesa
R. Marx
G. Maurin - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
P.J. Meintjes
M. Meyer
A. Mitchell
R. Moderski
L. Mohrmann
A. Montanari - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
C. Moore
P. Morris
E. Moulin - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
J. Muller - Laboratoire Leprince-Ringuet
T. Murach
K. Nakashima
A. Nayerhoda
M. de Naurois - Laboratoire Leprince-Ringuet
H. Ndiyavala
J. Niemiec
L. Oakes
H. Odaka
B. Peyaud - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
Q. Piel - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
A. Noel
L. Oberholzer
P. O'Brien
S. Ohm
L. Olivera-Nieto
E. de Ona Wilhelmi
M. Ostrowski
M. Panter
S. Panny
R.D. Parsons
G. Peron
S. Pita - AstroParticule et Cosmologie
Matthieu Renaud - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
D.A. Prokhorov
H. Prokoph
G. Pühlhofer
M. Punch - AstroParticule et Cosmologie
A. Quirrenbach
S. Raab
R. Rauth
P. Reichherzer - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
A. Reimer
O. Reimer
Q. Remy
M. Renaud - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
F. Rieger
L. Rinchiuso - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
C. Romoli
G. Rowell
B. Rudak
H. Rueda Ricarte
E. Ruiz-Velasco
V. Sahakian
S. Sailer
H. Salzmann
D.A. Sanchez - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
A. Santangelo
M. Sasaki
M. Scalici
J. Schäfer
F. Schüssler - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
H.M. Schutte
U. Schwanke
M. Seglar-Arroyo - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
M. Senniappan
A.S. Seyffert
N. Shafi
J.N.S. Shapopi
K. Shiningayamwe
R. Simoni
A. Sinha - AstroParticule et Cosmologie
H. Sol - Laboratoire Univers et Théories
H. Spackman
A. Specovius
S. Spencer
M. Spir-Jacob - AstroParticule et Cosmologie
Ł. Stawarz
L. Sun
R. Steenkamp
C. Stegmann
S. Steinmassl
C. Steppa
T. Takahashi
T. Tanaka
T. Tavernier - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
A.M. Taylor
R. Terrier - AstroParticule et Cosmologie
C. Thorpe Morgan
J.H.E. Thiersen
D. Tiziani
M. Tluczykont
L. Tomankova
C. Trichard - Laboratoire Leprince-Ringuet
M. Tsirou - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
M. Tsuji
R. Tuffs
Y. Uchiyama
D.J. van der Walt
C. van Eldik
C. van Rensburg
B. van Soelen
G. Vasileiadis - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
J. Veh
C. Venter
A. Viana
P. Vincent - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
J. Vink
H.J. Völk
Z. Wadiasingh
S.J. Wagner
J. Watson
F. Werner
R. White
A. Wierzcholska
Yu Wun Wong
H. Yassin
A. Yusafzai
M. Zacharias - Laboratoire Univers et Théories
R. Zanin
D. Zargaryan
A.A. Zdziarski
A. Zech - Laboratoire Univers et Théories
S.J. Zhu
A. Zmija
J. Zorn
S. Zouari - AstroParticule et Cosmologie
N. Żywucka
Détails de publication: The Astrophysical Journal, Vol.918
Identifiants: 99161770409311
Unité académique: Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Langue: English
Type de ressource: Journal article
Champs locaux: hal-03262638