January 2013: Waiting for Dark Matter to light up

Deutsche Version unten

The H.E.S.S. telescope array

The H.E.S.S. telescope array with the new H.E.S.S. II telescope in the center. Image Credit: Clementina Medina, H.E.S.S. Collaboration.

Self-annihilation of dark matter particles in space can lead to emission of gamma rays with an energy close to the mass of the dark matter particle. For the first time, a dedicated search for such a “smoking gun” line-like signal is carried out at the highest gamma-ray energies accessible to date. Using the H.E.S.S. gamma-ray instrument in Namibia, researchers are able to place stringent limits on line-like gamma-ray emission in the energy range between ~500 GeV and ~25 TeV, complementing recent limits obtained with the Fermi-LAT instrument at lower energies.

The nature of dark matter is currently one of the most mysterious topics in astrophysics. Distributed all over the universe, dark matter contributes around 5 times more mass to the total “weight” of the universe than known matter. Dark matter is believed to consist of a new type of elementary particle with a rather large mass of 10 to 10.000 times the mass of a hydrogen atom (that amounts to 1 GeV). If so, it can be made visible by observing gamma-rays from space, as gamma-rays are expected to emerge when dark matter particles interact with one another. Using the gamma-ray telescope H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) in Namibia, line-like gamma-ray emission from dark matter was searched for in an energy range between 500 GeV and 25000 GeV. No signal is observed, putting important constraints on the properties of dark matter particles. Besides, the published analysis reveals the potential of this search technique for the future CTA Observatory, which is currently in its prototyping phase.

The H.E.S.S. Collaboration, an international team of about 160 researchers, published their results recently in Physical Review Letters. Researchers from ECAP and MPI für Kernphysik are lead authors of the publication, which has been highlighted as an APS Spotlight for Exceptional Research.

More Information:
Original publication (ArXiv version)
APS Spotlight
H.E.S.S. project web pages

Contact Information:
Prof. Dr. Christopher van Eldik

Januar 2013: Suche nach eindeutigen Signaturen von Dunkler Materie bei höchsten Energien

Die sogenannte “Dunkle Materie” trägt fünf Mal mehr zur Masse des Universums bei als normale Materie. Ihre Natur ist eine der spannendsten Fragen der heutigen Astrophysik. Es wird angenommen, dass die Dunkle Materie aus einer noch nicht entdeckten Art von Elementarteilchen besteht. Derzeit werden zahlreiche Versuche unternommen, diese Teilchen zu entdecken. Eine Möglichkeit ist dabei die Detektion hochenergetischer Gammaquanten, die bei gegenseitigen Vernichtung der Dunkle-Materie-Teilchen im Weltraum entstehen können. Forscher der internationalen H.E.S.S.-Kollaboration haben nun erstmals nach Hinweisen auf Linienemission aus dem inneren Bereich der Milchstraße bei Energien von mehr als 500 GeV gesucht. Dieser Energiebereich ist nur bodengebundenen Teleskopen zugänglich und erweitert damit bisherige Messungen mit dem Fermi-LAT Satellitenexperiment.

Die Energie dieser Lichtteilchen würde der Masse des Dunkle Materie Teilchens entsprechen, von der angenommen wird, dass sie zwischen 10 Gigaelektronenvolt (GeV) und 10000 GeV liegt, wobei 1 GeV in etwa der Masse eines Wasserstoffatoms entspricht. Mit Hilfe des High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), einem Teleskopsystem in Namibia, welches Gammastrahlung aus dem All von der Erde aus nachweist, wurde kürzlich eine Studie durchgeführt, in der zum ersten Mal nach einer auffälligen Häufung solcher Gammaquanten im Energiebereich zwischen 500 GeV und 25000 GeV gesucht wurde. Weil kein statistisch signifikantes Signal solcher Emission gefunden wurde, ist es möglich, die Wechselwirkungseigenschaften von Dunkle Materie Teilchen stark einzugrenzen. Weiterhin zeigt diese Arbeit deutlich das Potential dieser Methode für zukünftige Anlagen wie das in der Prototypen-Phase befindliche CTA-Observatorium.

Die Ergebnisse der Studie, die federführend von Forschern des ECAP und des MPI für Kernphysik durchgeführt wurden, sind kürzlich bei Physical Review Letters publiziert und mit einem APS Spotlight for Exceptional Research bedacht worden.

Weiterführende Informationen:
Originalveröffentlichung (ArXiv-Version)
APS Spotlight
Webseite des H.E.S.S.-Projekts

Kontakt:
Prof. Dr. Christopher van Eldik

Top of the page