Suche nach Dunkler Materie in Galaxien und Galaxienhaufen mit dem Neutrinoteleskop IceCube

Abstract

Trotz zahlreicher Hinweise auf die Existenz von Dunkler Materie, konnten entsprechende Teilchen bisher nicht nachgewiesen werden. Eine große Anzahl an Experimenten wird durchgeführt, um die Eigenschaften möglicher Kandidatenteilchen zu untersuchen. Eine Strategie ist die Suche nach einem Neutrinosignal aus den Annihilationen von schwach wechselwirkenden massiven Teilchen (WIMPs) in Regionen mit hoher Dichte von Dunkler Materie. Mögliche Zielobjekte dieser Suchen sind die Erde, die Sonne, das Zentrum und der Halo der Milchstraße sowie entfernte Objekte, die einen hohen Anteil Dunkler Materie aufweisen.In der vorliegenden Arbeit wird die erste Suche nach einem Neutrinosignal von Zwerggalaxien, größeren Galaxien und Galaxienhaufen beschrieben. Da kein Signal nachgewiesen wurde, konnten obere Grenzen auf den Annihilationsquerschnitt von WIMPs gesetzt werden. Die stärksten Grenzen wurden aus der Beobachtung des Virgo-Haufens unter der Annahme einer großen Signalverstärkung durch Unterstrukturen in der Dichteverteilung abgeleitet. Für WIMP-Massen oberhalb von einigen TeV ist das Ergebnis vergleichbar mit Grenzen, die aus der Suche mit Gammateleskopen abgeleitet wurden. Für den direkten Annihilationskanal in zwei Neutrinos konnte der Wirkungsquerschnitt stärker eingeschränkt werden, als in bisherigen Analysen.

Although there are many hints for the existence of dark matter, the detection of its constituents has not been successful yet. A large number of experiments is beeing performed to study the properties of dark matter particles. One strategy is to probe areas of high dark matter abundance by looking for a neutrino signal which arises from annihilating weakly interacting massive particles (WIMPs). Possible targets for such searches are the Earth, the Sun, the Galactic Center and Halo as well as distant objects that contain a high fraction of dark matter. In this thesis the first search for a neutrino signal from dwarf galaxies, large galaxies and galaxy clusters is described. The analysis was performed using data collected by the IceCube experiment, the most sensitive neutrino telescope to date. No signal has been detected, so it was possible to set upper limits on the WIMP annihilation cross section. The most stringent limits are derived from the virgo cluster assuming a large signal boost from substructures in the density distribution. For WIMP masses above a few TeV these limits are competitive to the results of gamma telescope experiments. The obtained limits on the immediate WIMP annihilation channel into neutrinos stronger restrict the cross section than previous analyses.