The Fermi Galactic Center GeV Excess and Implications for Dark Matter

M. Ackermann; M. Ajello; A. Albert; W.B. Atwood; L. Baldini; J. Ballet; G. Barbiellini; D. Bastieri; R. Bellazzini; E. Bissaldi; R.D. Blandford; E.D. Bloom; R. Bonino; E. Bottacini; T.J. Brandt; J. Bregeon; P. Bruel; R. Buehler; T.H. Burnett; R.A. Cameron; R. Caputo; M. Caragiulo; P.A. Caraveo; E. Cavazzuti; C. Cecchi; E. Charles; A. Chekhtman; J. Chiang; A. Chiappo; G. Chiaro; S. Ciprini; J. Conrad; F. Costanza; A. Cuoco; S. Cutini; F. d'Ammando; F. de Palma; R. Desiante; S.W. Digel; N. Di Lalla; M. Di Mauro; L. Di Venere; P.S. Drell; C. Favuzzi; S.J. Fegan; E.C. Ferrara; W.B. Focke; A. Franckowiak; Y. Fukazawa; S. Funk; P. Fusco; F. Gargano; D. Gasparrini; N. Giglietto; F. Giordano; M. Giroletti; T. Glanzman; G.A. Gomez-Vargas; D. Green; I.A. Grenier; J.E. Grove; L. Guillemot; S. Guiriec; M. Gustafsson; A.K. Harding; E. Hays; J.W. Hewitt; D. Horan; T. Jogler; A.S. Johnson; T. Kamae; D. Kocevski; M. Kuss; G. La Mura; S. Larsson; L. Latronico; J. Li; F. Longo; F. Loparco; M.N. Lovellette; P. Lubrano; J.D. Magill; S. Maldera; D. Malyshev; A. Manfreda; P. Martin; M.N. Mazziotta; P.F. Michelson; N. Mirabal; W. Mitthumsiri; T. Mizuno; A.A. Moiseev; M.E. Monzani; A. Morselli; M. Negro; E. Nuss; T. Ohsugi; M. Orienti; E. Orlando; J.F. Ormes; D. Paneque; J.S. Perkins; M. Persic; M. Pesce-Rollins; F. Piron; G. Principe; S. Rainò; R. Rando; M. Razzano; S. Razzaque; A. Reimer; O. Reimer; M. Sánchez-Conde; C. Sgrò; D. Simone; E.J. Siskind; F. Spada; G. Spandre; P. Spinelli; D.J. Suson; H. Tajima; K. Tanaka; J.B. Thayer; L. Tibaldo; D.F. Torres; E. Troja; Y. Uchiyama; G. Vianello; K.S. Wood; M. Wood; G. Zaharijas; S. Zimmer

doi:10.3847/1538-4357/aa6cab

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The Fermi Galactic Center GeV Excess and Implications for Dark Matter

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Peer reviewed

The Fermi Galactic Center GeV Excess and Implications for Dark Matter

M. Ackermann, M. Ajello, A. Albert, W.B. Atwood, L. Baldini, J. Ballet, G. Barbiellini, D. Bastieri, R. Bellazzini, E. Bissaldi, …

The Astrophysical Journal, Vol.840(1)

2017

DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa6cab

Abstract

cosmic rays

Galaxy: bulge

Galaxy: center

Galaxy: halo

gamma rays: general

ISM: general

cross section: annihilation

gamma ray: emission

galaxy

dark matter: annihilation

conservation law

cosmic radiation

propagation

background

bubble

gamma ray: flux

gas

The region around the Galactic Center (GC) is now well established to be brighter at energies of a few GeV than what is expected from conventional models of diffuse gamma-ray emission and catalogs of known gamma-ray sources. We study the GeV excess using 6.5 yr of data from the Fermi Large Area Telescope. We characterize the uncertainty of the GC excess spectrum and morphology due to uncertainties in cosmic-ray source distributions and propagation, uncertainties in the distribution of interstellar gas in the Milky Way, and uncertainties due to a potential contribution from the Fermi bubbles. We also evaluate uncertainties in the excess properties due to resolved point sources of gamma rays. The GC is of particular interest, as it would be expected to have the brightest signal from annihilation of weakly interacting massive dark matter (DM) particles. However, control regions along the Galactic plane, where a DM signal is not expected, show excesses of similar amplitude relative to the local background. Based on the magnitude of the systematic uncertainties, we conservatively report upper limits for the annihilation cross-section as a function of particle mass and annihilation channel.

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Details

Title: The Fermi Galactic Center GeV Excess and Implications for Dark Matter
Creators - without role: M. Ackermann - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
M. Ajello - Clemson University
A. Albert - Los Alamos National Laboratory
W.B. Atwood - University of California, Santa Cruz
L. Baldini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
J. Ballet - CEA Paris-Saclay
G. Barbiellini - University of Trieste
D. Bastieri - University of Padua
R. Bellazzini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
E. Bissaldi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
R.D. Blandford - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
E.D. Bloom - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
R. Bonino - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
E. Bottacini - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
T.J. Brandt - Goddard Space Flight Center
J. Bregeon - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
P. Bruel - Laboratoire Leprince-Ringuet
R. Buehler - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
T.H. Burnett - University of Washington
R.A. Cameron - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
R. Caputo - University of California, Santa Cruz
M. Caragiulo - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
P.A. Caraveo - Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica di Milano
E. Cavazzuti - Agenzia Spaziale Italiana
C. Cecchi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
E. Charles - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
A. Chekhtman - George Mason University
J. Chiang - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
A. Chiappo - AlbaNova
G. Chiaro - University of Padua
S. Ciprini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
J. Conrad - Stockholm University
F. Costanza - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
A. Cuoco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
S. Cutini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
F. d'Ammando
F. de Palma - Pegaso University
R. Desiante - University of Udine
S.W. Digel - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
N. Di Lalla - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
M. Di Mauro - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
L. Di Venere - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
P.S. Drell - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
C. Favuzzi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
S.J. Fegan - Laboratoire Leprince-Ringuet
E.C. Ferrara - Goddard Space Flight Center
W.B. Focke - Stanford University
A. Franckowiak - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Y. Fukazawa - Hiroshima University
S. Funk - Universitätsklinikum Erlangen
P. Fusco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
F. Gargano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
D. Gasparrini - Agenzia Spaziale Italiana
N. Giglietto - Polytechnic University of Bari
F. Giordano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
M. Giroletti - Istituto di Radioastronomia di Bologna
T. Glanzman - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
G.A. Gomez-Vargas - Pontificia Universidad Católica de Chile
D. Green - University of Maryland, College Park
I.A. Grenier - Astrophysique, Instrumentation et Modélisation
J.E. Grove - United States Naval Research Laboratory
L. Guillemot - Centre National de la Recherche Scientifique
S. Guiriec - Goddard Space Flight Center
M. Gustafsson - University of Göttingen
A.K. Harding - Goddard Space Flight Center
E. Hays - Goddard Space Flight Center
J.W. Hewitt - University of North Florida
D. Horan - Laboratoire Leprince-Ringuet
T. Jogler - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
A.S. Johnson - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
T. Kamae - The University of Tokyo
D. Kocevski - The University of Tokyo
M. Kuss - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
G. La Mura - University of Padua
S. Larsson - Fraunhofer Chalmers Research Centre for Industrial Mathematics
L. Latronico - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
J. Li - Institute of Space Sciences
F. Longo - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste
F. Loparco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
M.N. Lovellette - United States Naval Research Laboratory
P. Lubrano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
J.D. Magill - University of Maryland, College Park
S. Maldera - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
D. Malyshev - Universitätsklinikum Erlangen
A. Manfreda - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
P. Martin - Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie
M.N. Mazziotta - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
P.F. Michelson - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
N. Mirabal - Goddard Space Flight Center
W. Mitthumsiri - Mahidol University
T. Mizuno - Hiroshima University
A.A. Moiseev - Goddard Space Flight Center
M.E. Monzani - SLAC National Accelerator Laboratory
A. Morselli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Roma Tor Vergata
M. Negro - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
E. Nuss - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
T. Ohsugi - Hiroshima University
M. Orienti - Istituto di Radioastronomia di Bologna
E. Orlando - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
J.F. Ormes - University of Denver
D. Paneque - Max Planck Institute for Physics
J.S. Perkins - Goddard Space Flight Center
M. Persic - Trieste Astronomical Observatory
M. Pesce-Rollins - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
F. Piron - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
G. Principe - Universitätsklinikum Erlangen
S. Rainò - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
R. Rando - University of Padua
M. Razzano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
S. Razzaque - University of Johannesburg
A. Reimer - Universität Innsbruck
O. Reimer - Universität Innsbruck
M. Sánchez-Conde - AlbaNova
C. Sgrò - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
D. Simone - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
E.J. Siskind - Real Time Tomography
F. Spada - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
G. Spandre - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
P. Spinelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
D.J. Suson - Purdue University Northwest
H. Tajima - Nagoya University
K. Tanaka - Hiroshima University
J.B. Thayer - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
L. Tibaldo - Max Planck Institute for Nuclear Physics
D.F. Torres - Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats
E. Troja - Goddard Space Flight Center
Y. Uchiyama - Rikkyo University
G. Vianello - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
K.S. Wood - Praxis
M. Wood - SLAC National Accelerator Laboratory
G. Zaharijas - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste
S. Zimmer - University of Geneva
Publication Details: The Astrophysical Journal, Vol.840(1)
Identifiers: 9933610209311
Academic Unit: Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Language: English
Resource Type: Journal article
Local Fields: hal-01554683