Indirect searches of the TeV dark matter

Segun el Modelo Cosmologico Estandar y de acuerdo con los datos de PLANCK, el 26.8% del contenido del Universo seria materia oscura (DM). En el caso de que dicha componente este constituida por particulas, distintos experimentos de busqueda directa e indirecta, podrian detectarla. La mayoria de los estudios sobre DM se han centrado hasta ahora en particulas de masas menores de 1 TeV. Sin embargo, el limite permitido en la masa para DM termica alcanza los 100 TeV. Este tipo de DM a escala del TeV (TeVDM) es particularmente atractiva, teniendo en cuenta la ausencia de evidencias experimentales con respecto a la existencia de DM a masas mas bajas. En esta tesis se muestra que el flujo de rayos gamma observado por el telescopio HESS desde la fuente J1745-290 situada en el centro galactico (GC) puede ser ajustado como una senal de TeVDM mas una componente de fondo, siendo esta ultima compatible con la misma fuente J1745.6-29000 observada por FERMI-LAT. Nuestro analisis es independiente del modelo de DM, sin embargo, estudiamos el caso particular de los branones. En concreto DM con masas alrededor de los 50 TeV constituida por branones que se aniquilan principalmente en una combinacion de W+W y ZZ explicaria los datos de HESS y FERMI-LAT entre 1 GeV y 50 TeV. Los branones son fluctuaciones masivas de una brana, es decir nuevos campos escalares cuyo acoplamiento con las particulas del SM es inversamente proporcional a la tension f4 de la brana. En esta tesis analizamos el flujo minimo de rayos gamma producidos en la aniquilacion de branones en varias fuentes astrofisicas y estimamos la sensibilidad de diversos experimentos, tanto satelites como telescopios Cherenkov para este tipo de senales. En segundo lugar, hemos realizado un analisis detallado sobre la posible deteccion de un flujo de neutrinos emitidos por aniquilacion de DM a la escala del TeV en el GC. Presentamos explicitamente la mejor combinacion de area efectiva, angulo de resolucion y tiempo de exposicion necesarias para detectar el flujo de neutrinos esperado. Ademas, hemos estudiado el flujo de antiprotones que podria ser generado por una fuente puntual en el GC. Para desarrollar estos analisis, hay que tener en cuenta que la TeVDM termica necesita un factor astrofisico mas grande que el estandar para explicar el flujo observado de rayos gamma. Un aumento local en la densidad de DM es conceptualmente muy distinto a un aumento en el valor de la seccion eficaz de aniquilacion, que tendria un efecto global en toda la distribucion de DM en el halo de la Galaxia. Sin embargo, se demuestra que en ambos casos el flujo de antiprotones generado por TeVDM queda por debajo del flujo difuso detectado por PAMELA. Finalmente discutimos ciertas incertidumbres asociadas con la busqueda indirecta de DM. Todos los analisis presentados en esta tesis, utilizan simulaciones Monte Carlo de los eventos de aniquilacion y desintegracion. Estas simulaciones pueden ser desarrolladas con diferentes codigos. PYTHIA y HERWIG son los mas populares, ambos en las dos versiones de FORTRAN y C++. Por ejemplo, estudiamos el flujo de rayos gamma generado por los cuatro codigos. Las cuatro simulaciones presentan diferencias no solamente en la forma del espectro, sino tambien en el numero de fotones emitidos en cada evento. Estas incertidumbres pueden afectar en particular a la estimacion del factor astrofisico y/o a la del valor de las secciones eficaces de aniquilacion. Este ultimo analisis y el conjunto de los resultados presentados en esta tesis muestran que aunque un candidato de TeVDM parezca ser compatible con los datos de rayos gamma, neutrinos y antiprotones, una mejora en el estudio de particulas pesadas en aceleradores de particulas y experimentos de busqueda directa sera fundamental en un futuro proximo para comprobar o rechazar la hipotesis de TeVDM.