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I primi risultati di LHAASO pongono vincoli più severi sulla durata della materia oscura

Limiti inferiori unilaterali del 95% sulla durata del DM ottenuti con l'analisi di verosimiglianza del profilo (linee nere spesse), per DM che decade in quark b (a sinistra) o leptoni τ (a destra). La linea nera tratteggiata mostra il limite ottenuto considerando solo il contributo immediato dei DM. Le bande verde e gialla corrispondono agli intervalli limite attesi del 68% e del 95% dalle simulazioni Monte Carlo con l'ipotesi del solo sfondo. I limiti precedenti e quelli di HAWC sono mostrati con linee grigie e blu. Le regioni tratteggiate mostrano lo spazio dei parametri 1 σ DM favorito dal flusso di neutrini ad alta energia di IceCube.

Limiti inferiori unilaterali del 95% sulla durata del DM ottenuti con l’analisi di verosimiglianza del profilo (linee nere spesse), per DM che decade in quark b (a sinistra) o leptoni τ (a destra). La linea nera tratteggiata mostra il limite ottenuto considerando solo il contributo immediato dei DM. Le bande verde e gialla corrispondono agli intervalli limite attesi del 68% e del 95% dalle simulazioni Monte Carlo con l’ipotesi del solo sfondo. I limiti precedenti e quelli di HAWC sono mostrati con linee grigie e blu. Le regioni tratteggiate mostrano lo spazio dei parametri 1 σ DM favorito dal flusso di neutrini ad alta energia di IceCube. Credito: lettere di revisione fisica (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.261103

Gli scienziati del Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) hanno presentato circa 1,5 anni di dati osservativi, calcolando nuovi limiti sulla durata delle particelle di materia oscura pesante che hanno masse comprese tra 10 5 e 10 9 giga-elettronvolt.

Lo studio, intitolato “Vincoli sulla materia oscura in forte decadimento da 570 giorni di osservazioni LHAASO”, è stato recentemente pubblicato su Physics Review Letters .

Il modello gravitazionale della Via Lattea mostra che c’è un’altissima densità di materia oscura nel centro galattico, e i raggi gamma prodotti dal decadimento di questa materia oscura si irradieranno dal centro galattico all’ambiente circostante per centinaia di anni luce o addirittura migliaia di anni luce. Tuttavia, per molto tempo, l’osservazione dei raggi gamma ad altissima energia prodotti dalla materia oscura pesante è stata complicata dalla presenza di altre radiazioni di fondo.

Grazie alla sua sensibilità di rilevamento senza precedenti ai raggi gamma ad altissima energia (>100 TeV), LHAASO ha il potenziale davvero unico di osservare i raggi gamma che decadono dalla materia oscura pesante. LHAASO può eliminare gli eventi di fondo di quasi sei ordini di grandezza superiori a 100 TeV, il che riduce significativamente l’interferenza di fondo e migliora la capacità di catturare i raggi gamma.

Utilizzando i dati del sottoarray KM2A di LHAASO, gli scienziati hanno misurato l’intensità dei raggi gamma ad altissima energia oltre il piano galattico e hanno posto alcuni dei limiti più forti finora per la durata della materia oscura pesante. Il limite è quasi 10 volte superiore rispetto ai risultati precedenti. Questo studio mostra che la materia oscura di massa PeV ha una durata di almeno circa miliardi di trilioni di anni (10 21 anni).

Le osservazioni dei raggi gamma di LHAASO sono altamente complementari ad altri esperimenti nella ricerca della materia oscura (come gli esperimenti di osservazione dei neutrini). Poiché l’array completo LHAASO funziona in modo stabile e accumula gradualmente dati, questo limite verrà ulteriormente aumentato.

 

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