@phdthesis{Elsaesser2011,
  author    = {Els{\"a}sser, Dominik Martin},
  title     = {Indirect Search for Dark Matter in the Universe - the Multiwavelength and Multiobject Approach},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-69464},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Dunkle Materie ist ein zentraler Bestandteil der modernen Kosmologie, und damit von entscheidender Bedeutung f{\"u}r unser Verst{\"a}ndnis der Strukturbildung im Universum. Das offensichtliche Fehlen von elektromagnetischer Wechselwirkung in Kombination mit unabh{\"a}ngigen Messungen der Energiedichte der baryonischen Materie {\"u}ber die H{\"a}ufigkeit der primordialen leichten Elemente weisen auf eine nicht-baryonische Natur der Dunklen Materie hin. Die Wirkung der Dunklen Materie bei der Strukturbildung zeigt weiterhin dass ihre Konstituenten kalt sind, also zum Zeitpunkt des Gleichgewichts zwischen Strahlung und Materie eine Temperatur kleine als ihre Ruhemasse aufwiesen. Generische Kandidaten f{\"u}r das Dunkelmaterie-Teilchen sind stabile, schwach wechselwirkende Teilchen mit Ruhemassen von der Gr{\"o}ßenordnung der Skala der elektroschwachen Symmetriebrechung, wie sie zum Beispiel in der Supersymmetrie bei erhaltener R-Parit{\"a}t vorkommen. Derartige Teilchen frieren auf nat{\"u}rliche Weise im fr{\"u}hen Universum mit kosmologisch relevanten Reliktdichten aus. Die fortschreitende Strukturbildung im Universum f{\"u}hrt dann zur Bildung von {\"u}berdichten Regionen, in denen die Dunkelmaterie-Teilchen wiederum in signifikantem Ausmaß annihilieren k{\"o}nnen. Dadurch w{\"u}rde ein potentiell detektierbarer Fluß von Hochenergie-Teilchen einschließlich Photonen aus den instabilen Zwischenprodukten der Annihilationsereignisse erzeugt. Die Spektren dieser Teilchen w{\"u}rden R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die Masse und den Annihilations-Querschnitt als wichtige Gr{\"o}ßen zur mikrophysikalischen Identifikation der Dunkelmaterie-Teilchen erlauben. Darin liegt die zentrale Motivation f{\"u}r indirekte Suchen nach der Dunklen Materie. Zum gegenw{\"a}rtigen Zeitpunkt jedoch haben weder diese indirekten Suchen, noch direkte Methoden zur Suche nach elastischen Streuereignissen zwischen Dunkelmaterie-Teilchen und Atomkernen sowie Beschleunigerexperimente einen eindeutigen Nachweis von Dunkelmaterie-Teilchen erbracht. Das an sich stellt keine {\"U}berraschung dar, denn die zu erwartenden Signale sind aufgrund der schwachen Wechselwirkung der Teilchen nur von geringer Intensit{\"a}t. Im Falle der indirekten Suchen steht zu erwarten, dass selbst f{\"u}r die gr{\"o}ßten Massekonzentrationen im Universum die St{\"a}rke des Annihilationssignals der Dunklen Materie den durch astrophysikalische Quellen verursachten Untergrund nicht {\"u}berschreitet. Die M{\"o}glichkeit der sicheren Unterscheidung zwischen einem m{\"o}glichen Signal aus der Annihilation der Dunklen Materie und eben diesem Untergrund ist daher entscheidend f{\"u}r die Erfolgsaussichten der indirekten Suchen. In der vorliegenden Arbeit wird eine neuartige Suchstrategie ausgearbeitet und vorgestellt, deren zentrale Komponente die Auswahl von Beobachtungszielen aus einem breiten Massebereich, die Kontrolle der astrophysikalischen Untergr{\"u}nde, und die Einbeziehung von Daten aus mehreren Wellenl{\"a}ngenbereichen ist. Die durchgef{\"u}hrten Beobachtungen werden vorgestellt und interpretiert. Ein Ergebnis ist, dass die Unsicherheiten in Bezug auf die Verteilung der Dunklen Materie in Halos und deren individuelle Dichtestruktur, sowie in Bezug auf die m{\"o}gliche Verst{\"a}rkung des Annihilationssignales durch Substruktur, im Falle der massearmen Halos (wie zum Beispiel bei den Zwerggalaxien) gr{\"o}ßer ist als bei massereichen Halos, wie denen der Galaxienhaufen. Andererseits weisen die massereichen Halos gr{\"o}ßere Unsicherheiten in Hinblick auf die zu erwartenden rein astrophysikalischen Untergr{\"u}nde auf. Die Unsicherheiten in Bezug auf die bisher unbekannte Teilchenphysik jenseits des Standardmodells schließlich sind unabh{\"a}ngig von der Masse der beobachteten Halos. Im Zusammenspiel erm{\"o}glichen es diese unterschiedlichen Skalierungsverhalten, die globale Unsicherheit durch eine kombinierte Analyse der Beobachtungen von Halos mit verschiedenen Massen, die einen bedeutenden Teil der Masseskala abdecken, nennenswert zu reduzieren. Diese Strategie wurde im Rahmen des wissenschaftlichen Beobachtungsprogrammes des MAGIC Teleskopsystems implementiert. Es wurden Beobachtungen von Zwerggalaxien sowie des Virgo- und des Perseus-Galaxienhaufens durchgef{\"u}hrt. Die resultierenden Grenzen auf Gammastrahlung aus der Annihilation von schwach wechselwirkenden, massereichen Teilchen geh{\"o}ren zum Zeitpunkt dieser Niederschrift zu den st{\"a}rksten Grenzen aus indirekten Suchen nach der Dunklen Materie. Die so gewonnenen Grenzen auf die Annihilations-Fl{\"u}sse schr{\"a}nken einige in der Literatur diskutierte und durch aussergew{\"o}hnlich große Annihilations-Fl{\"u}sse gekennzeichnete Szenarien stark ein.},
  subject      = {Gammastrahlung},
  language  = {en}
}