CTA 对来自银河系中心的暗物质信号的灵敏度

(摘要节选) 银河系中心是利用伽马射线间接探测暗物质最有希望的目标之一。我们研究了即将建成的切伦科夫望远镜阵列（CTA）对银河系中心暗物质湮灭和衰变的灵敏度。由于银河系暗物质晕的内部密度剖面尚不确定，我们研究了太阳轨道以内银河系密度剖面斜率对 CTA 探测暗物质信号前景的影响。我们发现，CTA 对湮灭信号的灵敏度强烈依赖于内部剖面斜率，而对暗物质衰变情况的依赖则较为温和。令人惊讶的是，我们发现信号区域和背景区域的最佳选择几乎与假设的密度剖面无关。对于 Navarro-Frenk-White 剖面的基准情况，我们发现 CTA 将能够探测到远低于典型热遗迹值的湮灭截面，适用的暗物质质量范围从几十 GeV 到约 5 TeV（针对湮灭为 $\tau^{+}\tau^{-}$ 的情况），而对于湮灭为 $b\bar{b}$ 或 $\mu^{+}\mu^{-}$ 的情况，灵敏度仅略弱。对于高于约 100 GeV 的暗物质质量，CTA 将显著提高当前对湮灭信号的灵敏度，覆盖与费米大视场望远镜（Fermi Large Area Telescope）探测互补的参数空间。CTA 对银河系中心的观测也将检验将测量到的宇宙线电子和正电子谱中的明显超出解释为暗物质衰变信号的观点。我们证明，无论是湮灭还是衰变，包含硬通道（如 $\mu^{+}\mu^{-}$ 和 $\tau^{+}\tau^{-}$）的光谱信息都能提高对质量高于 $m_{\rm DM}\sim 200$ GeV 的暗物质的灵敏度。