矮星系中暗物质湮灭的综合搜寻

我们提出了一种新的形式体系，旨在发现发生在银河系矮星系中的暗物质湮灭现象。该统计框架通过同时结合所有矮星系的观测数据，并纳入粒子物理属性、矮星系中暗物质分布以及探测器响应的影响，提取了数据中的所有可用信息。该方法执行最大功效的频率学派搜索，并给出粒子物理参数的置信限。在各种假设下，精确构建了检验统计量的概率分布，而不依赖于大样本近似。由此得出的限制在构造上具有适当的覆盖率，且探测声明不会因背景建模不完善而产生偏差。我们利用费米伽马射线空间望远镜 (Fermi Gamma-ray Space Telescope) 的数据实施了这一形式体系，以在暗物质分布可可靠确定的银河系矮星系完整样本中搜寻湮灭信号。我们发现，无论是单独分析每个矮星系还是进行联合分析，观测数据均与背景一致。最强的限制出现在较小的暗物质粒子质量处。取矮星系密度剖面系统不确定性的中位数，对于暗物质质量低于 26 GeV（湮灭为 b 夸克）、29 GeV（$\tau$ 轻子）、35 GeV（上、下、奇、粲夸克和胶子）、6 GeV（电子/正电子）以及 114 GeV（双光子末态）的情况，截面上限低于纯 s 波弱标度残留丰度值 ($2.2 \times 10^{-26} \text{ cm}^3/\text{s}$)。对于小于 1 TeV 的暗物质粒子质量，这些代表了迄今为止利用矮星系获得的最强限制。