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Sensitivity of the Cherenkov Telescope Array to a dark matter signal from the Galactic centre
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M. ; Brun, P. ; Brun, F. ; Bruno, P. ; Bulgarelli, A. ; Burton, M. ; Burtovoi, A. ; Buscemi, M. ; Cameron, R. ; Capasso, M. ; Caproni, A. ; Capuzzo-Dolcetta, R. ; Caraveo, P. ; Carosi, R. ; Carosi, A. ; Casanova, S. ; Cascone, E. ; Cassol, F. ; Catalani, F. ; Cauz, D. ; Cerruti, M. ; Chadwick, P. ; Chaty, S. ; Chen, A. ; Chernyakova, M. ; Chiaro, G. ; Chiavassa, A. ; Chikawa, M. ; Chudoba, J.Extern* ; Çolak, M. ; Conforti, V. ; Coniglione, R. ; Conte, F. ; Contreras, J. L. ; Coronado-Blazquez, J. ; Costa, A. ; Costantini, H. ; Cotter, G. ; Cristofari, P. ; D'Aì, A. ; D'Ammando, F. ; Damone, L. A. ; Daniel, M. K. ; Dazzi, F. ; De Angelis, A. ; De Caprio, V. ; de Cássia dos Anjos, R. ; de Gouveia Dal Pino, E. M. ; De Lotto, B. ; De Martino, D. ; de Oña Wilhelmi, E. ; De Palma, F. ; de Souza, V. ; Delgado, C. ; Delgado Giler, A. G. ; della Volpe, D. ; Depaoli, D. ; Di Girolamo, T. ; Di Pierro, F. ; Di Venere, L. ; Diebold, S. ; Dmytriiev, A. ; Domínguez, A. ; Donini, A. ; Doro, M. ; Ebr, J. ; Eckner, C. (Corresponding author)Extern* ; Edwards, T. D. P. ; Ekoume, T. R. N. ; Elsässer, D. ; Evoli, C. ; Falceta-Goncalves, D. ; Fedorova, E. ; Fegan, S. ; Feng, Q. ; Ferrand, G. ; Ferrara, G. ; Fiandrini, E. ; Fiasson, A. ; Filipovic, M. ; Fioretti, V. ; Fiori, M. ; Foffano, L. ; Fontaine, G. ; Fornieri, O. ; Franco, F. J. ; Fukami, S. ; Fukui, Y. ; Gaggero, D. ; Galaz, G. ; Gammaldi, V. ; Garcia, E. ; Garczarczyk, M.DESY* ; Gascon, D. ; Gent, A. ; Ghalumyan, A. ; Gianotti, F. ; Giarrusso, M. ; Giavitto, G.DESY* ; Giglietto, N. ; Giordano, F. ; Giuliani, A. ; Glicenstein, J. ; Gnatyk, R. ; Goldoni, P. ; González, M. M. ; Gourgouliatos, K. ; Granot, J. ; Grasso, D. ; Green, J. ; Grillo, A. ; Gueta, O.DESY* ; Gunji, S. ; Halim, A. ; Hassan Collado, T.DESY* ; Heller, M. ; Hernández Cadena, S. ; Hiroshima, N. ; Hnatyk, B. ; Hofmann, W. ; Holder, J. ; Horan, D. ; Hörandel, J. ; Horvath, P. ; Hovatta, T. ; Hrabovsky, M. ; Hrupec, D. ; Hughes, G. ; Humensky, T. B. ; Hütten, M. ; Iarlori, M. ; Inada, T. ; Inoue, S. ; Iocco, F. ; Iori, M. ; Jamrozy, M. ; Janecek, P. ; Jin, W. ; Jouvin, L. ; Jurysek, J. ; Karukes, E. ; Katarzyński, K. ; Kazanas, D. ; Kerszberg, D. ; Kherlakian, M. C. ; Kissmann, R. ; Knödlseder, J. ; Kobayashi, Y. ; Kohri, K. ; Komin, N. ; Kubo, H. ; Kushida, J. ; Lamanna, G. ; Lapington, J. ; Laporte, P. ; Leigui de Oliveira, M. A. ; Lenain, J. ; Leone, F. ; Leto, G. ; Lindfors, E. ; Lohse, T. ; Lombardi, S. ; Longo, F. ; Lopez, A. ; López, M. ; López-Coto, R. ; Loporchio, S. ; Luque-Escamilla, P. L. ; Mach, E. ; Maggio, C. ; Maier, G.DESY* ; Mallamaci, M. ; Malta Nunes de Almeida, R. ; Mandat, D. ; Manganaro, M. ; Mangano, S. ; Manicò, G. ; Marculewicz, M. ; Mariotti, M. ; Markoff, S. ; Marquez, P. ; Martí, J. ; Martinez, O. ; Martínez, M. ; Martínez, G. ; Martínez-Huerta, H. ; Maurin, G. ; Mazin, D. ; Mbarubucyeye, J. D.DESY* ; Medina Miranda, D. ; Meyer, M. ; Miceli, M. ; Miener, T. ; Minev, M. ; Miranda, J. M. ; Mirzoyan, R. ; Mizuno, T. ; Mode, B. ; Moderski, R. ; Mohrmann, L. ; Molina, E. ; Montaruli, T. ; Moralejo, A. ; Morcuende-Parrilla, D. ; Morselli, A. ; Mukherjee, R. ; Mundell, C. ; Nagai, A. ; Nakamori, T. ; Nemmen, R. ; Niemiec, J. ; Nieto, D. ; Nikołajuk, M. ; Ninci, D. ; Noda, K. ; Nosek, D. ; Nozaki, S. ; Ohira, Y. ; Ohishi, M. ; Ohtani, Y. ; Oka, T. ; Okumura, A. ; Ong, R. A. ; Orienti, M. ; Orito, R. ; Orlandini, M. ; Orlando, S. ; Orlando, E. ; Ostrowski, M. ; Oya, I.Extern* ; Pagano, I. ; Pagliaro, A. ; Palatiello, M. ; Pantaleo, F. R. ; Paredes, J. M. ; Pareschi, G. ; Parmiggiani, N. ; Patricelli, B. ; Pavletić, L. ; Pe'er, A. ; Pecimotika, M. ; Pérez-Romero, J. ; Persic, M. ; Petruk, O. ; Pfrang, K. J.DESY* ; Piano, G. ; Piatteli, P. ; Pietropaolo, E. ; Pillera, R. ; Pilszyk, B. ; Pintore, F. ; Pohl, M.DESY* ; Poireau, V. ; Prado, R. R.DESY* ; Prandini, E. ; Prast, J. ; Principe, G. ; Prokoph, H.DESY* ; Prouza, M. ; Przybilski, H. ; Pühlhofer, G. ; Pumo, M. L. ; Queiroz, F. ; Quirrenbach, A. ; Rainò, S. ; Rando, R. ; Razzaque, S. ; Recchia, S. ; Reimer, O. ; Reisenegger, A. ; Renier, Y. ; Rhode, W. ; Ribeiro, D. ; Ribó, M. ; Richtler, T. ; Rico, J. ; Rieger, F. ; Rinchiuso, L. ; Rizi, V. ; Rodriguez, J. ; Rodriguez Fernandez, G. ; Rodriguez Ramirez, J. C. ; Rojas, G. ; Romano, P. ; Romeo, G. ; Rosado, J. ; Rowell, G. ; Rudak, B. ; Russo, F. ; Sadeh, I.DESY* ; Sæther Hatlen, E. ; Safi-Harb, S. ; Salesa Greus, F. ; Salina, G. ; Sanchez, D. ; Sánchez-Conde, M. ; Sangiorgi, P. ; Sano, H. ; Santander, M. ; Santos, E. M. ; Santos-Lima, R. ; Sanuy, A. ; Sarkar, S. ; Saturni, F. G. ; Sawangwit, U. ; Schussler, F. ; Schwanke, U. ; Sciacca, E. ; Scuderi, S. ; Seglar-Arroyo, M. ; Sergijenko, O. ; Servillat, M. ; Seweryn, K. ; Shalchi, A. ; Sharma, P. ; Shellard, R. C. ; Siejkowski, H. ; Silk, J. ; Siqueira, C. ; Sliusar, V. ; Słowikowska, A. ; Sokolenko, A. (Corresponding author)Extern* ; Sol, H. ; Spencer, S. ; Stamerra, A. ; Stanič, S. ; Starling, R. ; Stolarczyk, T. ; Straumann, U. ; Strišković, J. ; Suda, Y. ; Suomijarvi, T. ; Świerk, P. ; Tavecchio, F. ; Taylor, L. ; Tejedor, L. A. ; Teshima, M. ; Testa, V. ; Tibaldo, L. ; Todero Peixoto, C. J. ; Tokanai, F. ; Tonev, D. ; Tosti, G. ; Tosti, L. ; Tothill, N. ; Truzzi, S. ; Travnicek, P. ; Vagelli, V. ; Vallage, B. ; Vallania, P. ; van Eldik, C. ; Vandenbroucke, J. ; Varner, G. S. ; Vassiliev, V. ; Vázquez Acosta, M. ; Vecchi, M. ; Ventura, S. ; Vercellone, S. ; Vergani, S. ; Verna, G. ; Viana, A. ; Vigorito, C. F. ; Vink, J. ; Vitale, V. ; Vorobiov, S. ; Vovk, I. ; Vuillaume, T. ; Wagner, S. J. ; Walter, R. ; Watson, J. J.DESY* ; Weniger, C. ; White, R. ; White, M. ; Wiemann, R. ; Wierzcholska, A. ; Will, M. ; Williams, D. A. ; Wischnewski, R.DESY* ; Yanagita, S. ; Yang, L. (Corresponding author)Extern* ; Yoshikoshi, T. ; Zacharias, M. ; Zaharijas, G. (Corresponding author) ; Zakaria, A. A. ; Zampieri, L. ; Zanin, R. ; Zaric, D. ; Zavrtanik, M. ; Zavrtanik, D. ; Zdziarski, A. A. ; Zech, A. ; Zechlin, H. ; Zehrer, L. ; Zhdanov$^ ; Živec, M. ; CTA Collaboration
2021
IOP
London
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Please use a persistent id in citations: doi:10.1088/1475-7516/2021/01/057 doi:10.3204/PUBDB-2021-00966
Report No.: arXiv:2007.16129
Abstract: We provide an updated assessment of the power of the Cherenkov Telescope Array (CTA) to search for thermally produced dark matter at the TeV scale, via the associated gamma-ray signal from pair-annihilating dark matter particles in the region around the Galactic centre. We find that CTA will open a new window of discovery potential, significantly extending the range of robustly testable models given a standard cuspy profile of the dark matter density distribution. Importantly, even for a cored profile, the projected sensitivity of CTA will be sufficient to probe various well-motivated models of thermally produced dark matter at the TeV scale. This is due to CTA's unprecedented sensitivity, angular and energy resolutions, and the planned observational strategy. The survey of the inner Galaxy will cover a much larger region than corresponding previous observational campaigns with imaging atmospheric Cherenkov telescopes. CTA will map with unprecedented precision the large-scale diffuse emission in high-energy gamma rays, constituting a background for dark matter searches for which we adopt state-of-the-art models based on current data. Throughout our analysis, we use up-to-date event reconstruction Monte Carlo tools developed by the CTA consortium, and pay special attention to quantifying the level of instrumental systematic uncertainties, as well as background template systematic errors, required to probe thermally produced dark matter at these energies.
Keyword(s): scale: TeV ; dark matter: density ; dark matter: heavy ; dark matter: annihilation ; Cherenkov counter: atmosphere ; Cherenkov Telescope Array ; sensitivity ; galaxy ; track data analysis ; cross section: thermal ; energy: flux ; cosmic background radiation ; correlation ; charged particle: relativistic ; spatial distribution ; p: cosmic radiation ; noise ; supersymmetry ; benchmark ; WIMP ; MAGIC ; HESS ; AGN ; VERITAS ; gamma ray ; satellite ; GLAST ; radiation: Cherenkov ; energy resolution ; Monte Carlo ; imaging
Contributing Institute(s):
- Cherenkov Telescope Array (ZEU-CTA)
Research Program(s):
- 613 - Matter and Radiation from the Universe (POF4-613) (POF4-613)
Experiment(s):
- Cherenkov Telescope Array
Appears in the scientific report
2021
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