Dark matter search unifying theory, gamma-ray and optical observations

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K23446
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0203:Particle-, nuclear-, astro-physics, and related fields
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: Hiroshima Nagisa 富山大学, 学術研究部理学系, 助教 (60845741)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2023-03-31
• Keywords: 暗黒物質 / 構造形成 / ガンマ線

Outline of Final Research Achievements

Dwarf spheroidal galaxies, which are important objects to probe nature of dark matter especially for so-called weakly interacting massive particle (WIMP), can be regarded as those reside in subhalos of the Milky Way dark matter halo. We have improved the estimates about the amount of DM in those galaxies by combining the evolutionary model of subhalos and the line-of-sight velocity measurements in optical wavelength, which improves the precision of the estimate of the profiles. Based on the updated estimates, we update the constraints of the WIMP annihilation cross-section obtained from gamma-ray data analysis. Several works related to this topic are also published.

Free Research Field

素粒子、原子核、宇宙線および宇宙物理に関連する理論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

サブハローとしての矮小楕円銀河ハローの特徴に着目することで、物理過程に即した形で密度分布の評価が向上した。構造形成の文脈での暗黒物質とその対消滅シグナルの探査を直接的に結びつける成果である。本研究では対消滅断面積に対して従来よりも数倍程度弱い永源が得られ、銀河中心方向の過剰ガンマ線シグナルに対する暗黒物質解釈が矮小楕円銀河の観測からは棄却できないことを示すものであり、その起源に関してさらなる議論や検証が必要なことを示唆するものである。また、関連研究の遂行により、暗黒物質候補としてWIMPに限った場合でさえも多波長の観測量を組み合わせることの重要性を再確認した。