Complementarity search of dark matter in dwarf spheroidal galaxies with H.E.S.S. and Fermi-LAT experiments
Complémentarité de recherche de matière noire dans les galaxies naines sphéroïdes avec les expériences H.E.S.S. et Fermi-LAT
Résumé
In the current cosmological model, the Universe is predominantly composed of dark matter, the nature of which remains unexplained by the Standard Model of particle physic. Annihilation of particles of within new theoretical frameworks might induce a very high energy gamma-ray signal, observable by gamma-ray astronomy experiments. Largely dark matter dominated, dwarf spheroidal galaxies are privileged targets for such indirect search. The H.E.S.S. telescopes network discussed in the rst part of this work is a perfect example of atmospheric stereoscopic imaging experiment allowing to search for dark matter. A new discrimination method between electromagnetic and hadronic showers enhancing searches of weak sources is presented. It is applied to the Sagittarius dwarf galaxy observation data and the upper limit on the incoming gamma-ray ux is calculated. In orbit aboard Fermi's satellite since June 2008, the LAT conversion pair telecope enable dark matter search on the whole sky. Theoretical sensitivity to detect a dark matter signal is determined for two specic galaxies. At the end of the rst year of observations, upper limits on gamma-ray fluxes are derived for a catalog of dwarf spheroidal galaxies. Models of physic beyond the Standard Model are compared with calculated constraints on annihilation cross sections function of the mass paricles obtained from observations made with both experiments.
Dans le modèle cosmologique actuel, l'Univers est majoritairement composé de matière noire dont la nature est inexpliquée par le Modèle Standard de la physique des particules. L'annihilation de particules issues de nouveaux cadres théoriques, peut induire un signal de rayons gamma de très hautes énergies, observable par des expériences d'astronomie gamma. Largement dominées par la matière noire, les galaxies naines sphéroïdes sont des cibles privilégiées pour conduire cette recherche. Le réseau de télescopes H.E.S.S. discuté dans la première partie est un parfait exemple d'expérience d'imagerie atmosphérique stéréoscopique permettant de conduire la recherche de matière noire. Une nouvelle méthode de discrimination des gerbes électromagnétiques et hadroniques permettant d'améliorer la recherche de sources faibles est présentée. Elle est appliquée aux données des observations de la galaxie naine du Sagittaire et la limite supérieure sur le flux de gamma en provenance de cet objet est calculée. En orbite à bord du satellite Fermi depuis Juin 2008, le télescope à conversion de paire LAT permet de rechercher la matière noire sur l'ensemble de la voûte céleste. La sensibilité théorique à détecter un signal de matière noire est déterminée pour deux galaxies naines spéciques. Au terme de la première année d'observations, les limites supérieures sur les ux de gamma sont dérivées pour un catalogue de galaxies naines sphéroïdes. Des modèles de physique au-delà du Modèle Standard sont confrontés avec les contraintes calculées sur les sections ecaces d'annihilation en fonction de la masse des particules obtenues à partir des observations effectuées avec ces deux expériences.
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