Search for Dark Matter with Very-High-Energy Gamma Rays with Current and Upcoming Ground-Based Observatories (2026)
- Authors:
- Autor USP: REIS, IGOR - IFSC
- Unidade: IFSC
- Sigla do Departamento: FCI
- DOI: 10.11606/T.76.2026.tde-26022026-094834
- Subjects: ASTROFÍSICA; FÍSICA DE ALTA ENERGIA; CENTRO GALÁCTICO; MATÉRIA ESCURA; OBSERVATÓRIOS; RAIOS GAMA
- Keywords: Astrofísica de altas energias; Centro galáctico; Dark matter; Galactic Center; Gamma-ray observatories; Matéria escura; Observatórios de raios gama; Very-high-energy astrophysics
- Language: Inglês
- Abstract: Observações de raios gama de muito alta energia (VHE; E ≳ 100 GeV) oferecem um laboratório para explorar objetos, fenômenos e processos astrofísicos extremos, bem como possíveis extensões ao Modelo Padrão. O foco principal desta tese está na busca indireta por matéria escura por meio de observatórios de raios gama, explorando diferentes modelos de partículas e estratégias observacionais. Desenvolve-se uma estrutura estatística unificada para análises em VHE, baseada em uma função de verossimilhança bidimensional e no teste da razão de verossimilhanças, utilizada ao longo do trabalho para calcular sensibilidades medianas e intervalos de confiança sob condições instrumentais realistas. Essa estrutura é aplicada a diversos cenários relacionados à matéria escura utilizando raios gama provenientes da região central da Galáxia. O primeiro estudo impõe restrições à seção de choque de espalhamento entre matéria escura e raios cósmicos, estabelecendo limites de sensibilidade para observações dos telescópios H.E.S.S., CTAO, LHAASO e SWGO, alcançando σpχ ∼ 10^[−33]–10^[−34] cm^[2] para massas de matéria escura na faixa do keV. Em seguida, uma segunda análise investiga dois modelos sub-GeV de matéria escura e suas interações com raios cósmicos — partículas do tipo áxion (ALPs) e fótons escuros — mostrando que CTAO e SWGO podem sondar acoplamentos até gαγγ ∼ 0.5–1TeV^[−1] e parâmetros de misturacinética ∈ ∼ 0.05–0.1, estendendo limites obtidos em experimentos de laboratório e em outras observações em raios gama. Por fim, explora-se a sensibilidade do CTAO à aniquilação de matéria escura na região central da Galáxia no contexto de Teorias de Campo Efetivas e Modelos Simplificados, indicando que o observatório poderá testar escalas de mediadores até M* ∼ 10 TeV e massas de mediadores até Mmed ∼ 3 TeV para WIMPs na escala de TeV, em complementaridade com restrições de colisores e experimentos de detecção direta. Em conjunto, esses estudos demonstram como uma estrutura estatística consistente e telescópios Cherenkov de próxima geração podem investigar a astrofísica não resolvida do Centro Galáctico e explorar uma ampla gama de fenômenos do setor escuro, reforçando o papel central da astronomia de raios gama VHE na astrofísica de partículas multi-mensageira
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2026
- Data da defesa: 05.02.2026
- Status:
- Artigo possui versão em acesso aberto em repositório (Green Open Access)
- Versão do Documento:
- Versão submetida (Pré-print)
- Acessar versão aberta:
-
ABNT
REIS, Igor. Search for Dark Matter with Very-High-Energy Gamma Rays with Current and Upcoming Ground-Based Observatories. 2026. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2026. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-26022026-094834/. Acesso em: 16 abr. 2026. -
APA
Reis, I. (2026). Search for Dark Matter with Very-High-Energy Gamma Rays with Current and Upcoming Ground-Based Observatories (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-26022026-094834/ -
NLM
Reis I. Search for Dark Matter with Very-High-Energy Gamma Rays with Current and Upcoming Ground-Based Observatories [Internet]. 2026 ;[citado 2026 abr. 16 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-26022026-094834/ -
Vancouver
Reis I. Search for Dark Matter with Very-High-Energy Gamma Rays with Current and Upcoming Ground-Based Observatories [Internet]. 2026 ;[citado 2026 abr. 16 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-26022026-094834/ - Sequential time-window learning with approximate Bayesian computation: an application to epidemic forecasting
- The complementary of CTAO, direct detection and collider searches for dark matter in Effective Field Theories and Simplified Models
- Estudo da região do Centro Galáctico e busca de sinal de matéria escura com raios gamma
- Sensitivity to keV-MeV dark matter from cosmic-ray scattering with current and the upcoming ground-based arrays CTA and SWGO
- Sensitivity to sub-GeV dark matter from cosmic-ray scattering with very-high-energy gamma-ray observatories
- Busca de axion-like particles por raios-gama produzidos em seu espalhamento com raios-cósmicos no centro galáctico
- Probing sub-gev dark matter with gamma-rays
- Probing axionlike particles through the gamma-ray production from cosmic-ray scattering in the Milky Way dark matter halo
- Sensitivity to kev-MeV dark matter from cosmic-ray scattering
- Search for dark matter in very-high-energy gamma-rays with H.E.S.S. and upcoming ground-based arrays
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