Search for $\gamma$-Ray Line Signals from Dark Matter Annihilations in the Inner Galactic Halo from 10 Years of Observations with H.E.S.S.

H. Abdallah; A. Abramowski; F. Aharonian; F. Ait Benkhali; E.O. Angüner; M. Arakawa; M. Arrieta; P. Aubert; M. Backes; A. Balzer; M. Barnard; Y. Becherini; J. Becker Tjus; D. Berge; S. Bernhard; K. Bernlöhr; R. Blackwell; M. Böttcher; C. Boisson; J. Bolmont; S. Bonnefoy; P. Bordas; J. Bregeon; F. Brun; P. Brun; M. Bryan; M. Büchele; T. Bulik; M. Capasso; S. Caroff; A. Carosi; J. Carr; S. Casanova; M. Cerruti; N. Chakraborty; R.C.G. Chaves; A. Chen; J. Chevalier; S. Colafrancesco; B. Condon; J. Conrad; I.D. Davids; J. Decock; C. Deil; J. Devin; P. Dewilt; L. Dirson; A. Djannati-Ataï; W. Domainko; A. Donath; L.O'C. Drury; K. Dutson; J. Dyks; T. Edwards; K. Egberts; P. Eger; G. Emery; J.-P. Ernenwein; S. Eschbach; C. Farnier; S. Fegan; M.V. Fernandes; A. Fiasson; G. Fontaine; A. Förster; S. Funk; M. Füssling; S. Gabici; Y.A. Gallant; T. Garrigoux; F. Gaté; G. Giavitto; B. Giebels; D. Glawion; J.F. Glicenstein; D. Gottschall; M.-H. Grondin; J. Hahn; M. Haupt; J. Hawkes; G. Heinzelmann; G. Henri; G. Hermann; J.A. Hinton; W. Hofmann; C. Hoischen; T.L. Holch; M. Holler; D. Horns; A. Ivascenko; H. Iwasaki; A. Jacholkowska; M. Jamrozy; M. Janiak; D. Jankowsky; F. Jankowsky; M. Jingo; L. Jouvin; I. Jung-Richardt; M.A. Kastendieck; K. Katarzyński; M. Katsuragawa; U. Katz; D. Kerszberg; D. Khangulyan; B. Khélifi; J. King; S. Klepser; D. Klochkov; W. Kluźniak; Nu. Komin; K. Kosack; S. Krakau; M. Kraus; P.P. Krüger; H. Laffon; G. Lamanna; J. Lau; J.-P. Lees; J. Lefaucheur; A. Lemière; M. Lemoine-Goumard; J.-P. Lenain; E. Leser; R. Liu; T. Lohse; M. Lorentz; R. López-Coto; I. Lypova; D. Malyshev; V. Marandon; Alexandre Marcowith; C. Mariaud; R. Marx; G. Maurin; N. Maxted; M. Mayer; P.J. Meintjes; M. Meyer; A.M.W. Mitchell; R. Moderski; M. Mohamed; L. Mohrmann; K. Morå; E. Moulin; T. Murach; S. Nakashima; M. de Naurois; H. Ndiyavala; F. Niederwanger; J. Niemiec; L. Oakes; P. O'Brien; H. Odaka; S. Ohm; M. Ostrowski; I. Oya; M. Padovani; M. Panter; R.D. Parsons; N.W. Pekeur; G. Pelletier; C. Perennes; P.-O. Petrucci; B. Peyaud; Q. Piel; S. Pita; V. Poireau; H. Poon; D. Prokhorov; H. Prokoph; G. Pühlhofer; M. Punch; A. Quirrenbach; S. Raab; R. Rauth; A. Reimer; O. Reimer; Matthieu Renaud; R. de Los Reyes; F. Rieger; L. Rinchiuso; C. Romoli; G. Rowell; B. Rudak; C.B. Rulten; V. Sahakian; S. Saito; D.A. Sanchez; A. Santangelo; M. Sasaki; M. Schandri; R. Schlickeiser; F. Schüssler; A. Schulz; U. Schwanke; S. Schwemmer; M. Seglar-Arroyo; M. Settimo; A.S. Seyffert; N. Shafi; I. Shilon; K. Shiningayamwe; R. Simoni; H. Sol; F. Spanier; M. Spir-Jacob; Ł. Stawarz; R. Steenkamp; C. Stegmann; C. Steppa; I. Sushch; T. Takahashi; J.-P. Tavernet; T. Tavernier; A.M. Taylor; R. Terrier; L. Tibaldo; D. Tiziani; M. Tluczykont; C. Trichard; M. Tsirou; N. Tsuji; R. Tuffs; Y. Uchiyama; J. van Der Walt; C. van Eldik; C. van Rensburg; B. van Soelen; George Vasileiadis; J. Veh; C. Venter; A. Viana; P. Vincent; J. Vink; F. Voisin; H.J. Völk; T. Vuillaume; Z. Wadiasingh; S.J. Wagner; P. Wagner; R.M. Wagner; R. White; A. Wierzcholska; P. Willmann; A. Wörnlein; D. Wouters; R. Yang; D. Zaborov; M. Zacharias; R. Zanin; A.A. Zdziarski; A. Zech; F. Zefi; A. Ziegler; J. Zorn; N. Zywucka

doi:10.1103/PhysRevLett.120.201101

$Search for $\gamma$-Ray Line Signals from Dark Matter Annihilations in the Inner Galactic Halo from 10 Years of Observations with H.E.S.S.$

Article de revue

Open Access

Avec comité de lecture

Search for $\gamma$-Ray Line Signals from Dark Matter Annihilations in the Inner Galactic Halo from 10 Years of Observations with H.E.S.S.

H. Abdallah, A. Abramowski, F. Aharonian, F. Ait Benkhali, E.O. Angüner, M. Arakawa, M. Arrieta, P. Aubert, M. Backes, A. Balzer, …

Physical Review Letters, Vol.120(20)

2018

DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.201101

Résumé

central region

dark matter: annihilation

dark matter: mass

cross section: annihilation

S046PHB

S030DMA

HESS

photon

signature

sensitivity

galaxy: halo

Cherenkov counter

black hole

flux: upper limit

MAGIC

GLAST

data analysis method

WIMP

gamma ray: background

spectral

dimension: 2

gamma ray: VHE

relic density: thermal

Spectral lines are among the most powerful signatures for dark matter (DM) annihilation searches in very-high-energy γ rays. The central region of the Milky Way halo is one of the most promising targets given its large amount of DM and proximity to Earth. We report on a search for a monoenergetic spectral line from self-annihilations of DM particles in the energy range from 300 GeV to 70 TeV using a two-dimensional maximum likelihood method taking advantage of both the spectral and spatial features of the signal versus background. The analysis makes use of Galactic center observations accumulated over ten years (2004–2014) with the H.E.S.S. array of ground-based Cherenkov telescopes. No significant γ-ray excess above the background is found. We derive upper limits on the annihilation cross section ⟨σv⟩ for monoenergetic DM lines at the level of 4×10-28 cm3 s-1 at 1 TeV, assuming an Einasto DM profile for the Milky Way halo. For a DM mass of 1 TeV, they improve over the previous ones by a factor of 6. The present constraints are the strongest obtained so far for DM particles in the mass range 300 GeV–70 TeV. Ground-based γ-ray observations have reached sufficient sensitivity to explore relevant velocity-averaged cross sections for DM annihilation into two γ-ray photons at the level expected from the thermal relic density for TeV DM particles.

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Détails

Titre: Search for $\gamma$-Ray Line Signals from Dark Matter Annihilations in the Inner Galactic Halo from 10 Years of Observations with H.E.S.S.
Créateurs - sans rôle: H. Abdallah - North-West University
A. Abramowski - Universität Hamburg
F. Aharonian - National Academy of Sciences of Armenia
F. Ait Benkhali
E.O. Angüner - Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences
M. Arakawa - Rikkyo University
M. Arrieta - Université Paris Sciences et Lettres
P. Aubert - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
M. Backes - University of Namibia
A. Balzer - University of Amsterdam
M. Barnard - North-West University
Y. Becherini - Linnaeus University
J. Becker Tjus
D. Berge - University of Amsterdam
S. Bernhard - Universität Innsbruck
K. Bernlöhr - Max Planck Institute for Nuclear Physics
R. Blackwell - The University of Adelaide
M. Böttcher - North-West University
C. Boisson - Centre National de la Recherche Scientifique
J. Bolmont - Sorbonne Université
S. Bonnefoy
P. Bordas - Max Planck Institute for Nuclear Physics
J. Bregeon - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
F. Brun - Laboratoire de Physique des deux infinis Bordeaux
P. Brun - Université Paris-Saclay
M. Bryan - University of Amsterdam
M. Büchele - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
T. Bulik - University of Warsaw
M. Capasso - University of Tübingen
S. Caroff - Centre National de la Recherche Scientifique
A. Carosi - Centre National de la Recherche Scientifique
J. Carr - Aix-Marseille Université
S. Casanova - Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences
M. Cerruti - Sorbonne Paris Cité
N. Chakraborty - Max Planck Institute for Nuclear Physics
R.C.G. Chaves - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
A. Chen - University of the Witwatersrand
J. Chevalier - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
S. Colafrancesco - University of the Witwatersrand
B. Condon - Laboratoire de Physique des deux infinis Bordeaux
J. Conrad - Stockholm University
I.D. Davids - University of Namibia
J. Decock - Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers
C. Deil - Max Planck Institute for Nuclear Physics
J. Devin - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
P. Dewilt - The University of Adelaide
L. Dirson - Universität Hamburg
A. Djannati-Ataï - AstroParticule et Cosmologie
W. Domainko - Max Planck Institute for Nuclear Physics
A. Donath - Max Planck Institute for Nuclear Physics
L.O'C. Drury
K. Dutson - University of Leicester
J. Dyks - Polish Academy of Sciences
T. Edwards - Max Planck Institute for Nuclear Physics
K. Egberts - University of Potsdam
P. Eger - Max Planck Institute for Nuclear Physics
G. Emery - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
J.-P. Ernenwein - Centre National de la Recherche Scientifique
S. Eschbach - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
C. Farnier - Linnaeus University
S. Fegan - Laboratoire Leprince-Ringuet
M.V. Fernandes - Universität Hamburg
A. Fiasson - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
G. Fontaine - Laboratoire Leprince-Ringuet
A. Förster - Max Planck Institute for Nuclear Physics
S. Funk - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. Füssling
S. Gabici - Sorbonne Paris Cité
Y.A. Gallant - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
T. Garrigoux - North-West University
F. Gaté - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
G. Giavitto
B. Giebels - Laboratoire Leprince-Ringuet
D. Glawion - Heidelberg University
J.F. Glicenstein - Université Paris-Saclay
D. Gottschall - University of Tübingen
M.-H. Grondin - Centre National de la Recherche Scientifique
J. Hahn - Max Planck Institute for Nuclear Physics
M. Haupt
J. Hawkes - The University of Adelaide
G. Heinzelmann - Universität Hamburg
G. Henri - Centre National de la Recherche Scientifique
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 - Humboldt-Universität zu Berlin
M. Holler - Universität Innsbruck
D. Horns - Universität Hamburg
A. Ivascenko - North-West University
H. Iwasaki - Rikkyo University
A. Jacholkowska - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
M. Jamrozy - Jagiellonian University
M. Janiak - Nicolaus Copernicus Astronomical Center
D. Jankowsky - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
F. Jankowsky - Heidelberg University
M. Jingo - University of the Witwatersrand
L. Jouvin - Délégation Paris 7
I. Jung-Richardt - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M.A. Kastendieck - Universität Hamburg
K. Katarzyński
M. Katsuragawa
U. Katz
D. Kerszberg - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
D. Khangulyan
B. Khélifi - AstroParticule et Cosmologie
J. King
S. Klepser
D. Klochkov
W. Kluźniak
Nu. Komin
K. Kosack - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
S. Krakau
M. Kraus
P.P. Krüger
H. Laffon - Laboratoire de Physique des deux infinis Bordeaux
G. Lamanna - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
J. Lau
J.-P. Lees - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
J. Lefaucheur - Laboratoire Univers et Théories
A. Lemière - AstroParticule et Cosmologie
M. Lemoine-Goumard - Laboratoire de Physique des deux infinis Bordeaux
J.-P. Lenain - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
E. Leser
R. Liu
T. Lohse
M. Lorentz - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
R. López-Coto
I. Lypova
D. Malyshev
V. Marandon
Alexandre Marcowith - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
C. Mariaud - Laboratoire Leprince-Ringuet
R. Marx
G. Maurin - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
N. Maxted
M. Mayer
P.J. Meintjes
M. Meyer
A.M.W. Mitchell
R. Moderski
M. Mohamed
L. Mohrmann
K. Morå
E. Moulin - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
T. Murach
S. Nakashima
M. de Naurois - Laboratoire Leprince-Ringuet
H. Ndiyavala
F. Niederwanger
J. Niemiec
L. Oakes
P. O'Brien
H. Odaka
S. Ohm
M. Ostrowski
I. Oya
M. Padovani - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
M. Panter
R.D. Parsons
N.W. Pekeur
G. Pelletier - Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
C. Perennes - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
P.-O. Petrucci - Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
B. Peyaud - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
Q. Piel - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
S. Pita - AstroParticule et Cosmologie
V. Poireau - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
H. Poon
D. Prokhorov
H. Prokoph
G. Pühlhofer
M. Punch - AstroParticule et Cosmologie
A. Quirrenbach
S. Raab
R. Rauth
A. Reimer
O. Reimer
Matthieu Renaud - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
R. de Los Reyes
F. Rieger
L. Rinchiuso - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
C. Romoli
G. Rowell
B. Rudak
C.B. Rulten - Laboratoire Univers et Théories
V. Sahakian
S. Saito
D.A. Sanchez - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
A. Santangelo
M. Sasaki
M. Schandri
R. Schlickeiser
F. Schüssler - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
A. Schulz
U. Schwanke
S. Schwemmer
M. Seglar-Arroyo - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
M. Settimo - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
A.S. Seyffert
N. Shafi
I. Shilon
K. Shiningayamwe
R. Simoni
H. Sol - Laboratoire Univers et Théories
F. Spanier
M. Spir-Jacob - AstroParticule et Cosmologie
Ł. Stawarz
R. Steenkamp
C. Stegmann
C. Steppa
I. Sushch
T. Takahashi
J.-P. Tavernet - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
T. Tavernier - AstroParticule et Cosmologie
A.M. Taylor
R. Terrier - AstroParticule et Cosmologie
L. Tibaldo
D. Tiziani
M. Tluczykont
C. Trichard - Centre de physique des particules de Marseille
M. Tsirou - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
N. Tsuji
R. Tuffs
Y. Uchiyama
J. van Der Walt
C. van Eldik
C. van Rensburg
B. van Soelen
George 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
F. Voisin
H.J. Völk
T. Vuillaume - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
Z. Wadiasingh
S.J. Wagner
P. Wagner
R.M. Wagner
R. White
A. Wierzcholska
P. Willmann
A. Wörnlein
D. Wouters - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
R. Yang
D. Zaborov - Laboratoire Leprince-Ringuet
M. Zacharias
R. Zanin
A.A. Zdziarski
A. Zech - Laboratoire Univers et Théories
F. Zefi - Laboratoire Leprince-Ringuet
A. Ziegler
J. Zorn
N. Zywucka
Détails de publication: Physical Review Letters, Vol.120(20)
Identifiants: 99151285809311
Unité académique: Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Langue: English
Type de ressource: Journal article
Champs locaux: hal-01801921