Combined search for neutrinos from dark matter self-annihilation in the Galactic Center with ANTARES and IceCube

Journal Article · Tue Oct 27 00:00:00 EDT 2020 · Physical Review D

DOI:https://doi.org/10.1103/physrevd.102.082002· OSTI ID:1713308

Albert, A.; André, M.; Anghinolfi, M.; Ardid, M.; Aubert, J. -J.; Aublin, J.; Baret, B.; Basa, S.; Belhorma, B.; Bertin, V.; Biagi, S.; Bissinger, M.; Boumaaza, J.; Bouta, M.; Bouwhuis, M.  C.; Brânzaş, H.; Bruijn, R.; Brunner, J.; Busto, J.; Capone, A. ; Caramete, L.; Carr, J.; Celli, S.; Chabab, M.; Chau, T.  N.; Cherkaoui El Moursli, R.; Chiarusi, T.; Circella, M.; Coleiro, A.; Colomer, M.; Coniglione, R.; Coyle, P.; Creusot, A.; Díaz, A.  F.; Deschamps, A.; Distefano, C.; Di Palma, I.; Domi, A.; Donzaud, C.; Dornic, D.; Drouhin, D.; Eberl, T.; El Khayati, N.; Enzenhöfer, A.; Ettahiri, A.; Fermani, P.; Ferrara, G.; Filippini, F.; Fusco, L.; Gay, P.; Glotin, H.; Gozzini, R.; Gracia Ruiz, R.; Graf, K.; Guidi, C.; Hallmann, S.; van Haren, H.; Heijboer, A.  J.; Hello, Y.; Hernández-Rey, J.  J.; Hößl, J.; Hofestädt, J.; Huang, F.; Illuminati, G.; James, C.  W.; de Jong, M.; de Jong, P.; Jongen, M.; Kadler, M.; Kalekin, O.; Katz, U.; Khan-Chowdhury, N.  R.; Kouchner, A.; Kreykenbohm, I.; Kulikovskiy, V.; Lahmann, R.; Le Breton, R.; Lefèvre, D.; Leonora, E.; Levi, G.; Lincetto, M.; Lopez-Coto, D.; Loucatos, S.; Maggi, G.; Manczak, J.; Marcelin, M.; Margiotta, A.; Marinelli, A.; Martínez-Mora, J.  A.; Mele, R.; Melis, K.; Migliozzi, P.; Moser, M.; Moussa, A.; Muller, R.; Nauta, L.; Navas, S.; Nezri, E.; Nielsen, C.; Nuñez-Castiñeyra, A.; O’Fearraigh, B.; Organokov, M.; Păvălaş, G.  E.; Pellegrino, C.; Perrin-Terrin, M.; Piattelli, P.; Poirè, C.; Popa, V.; Pradier, T.; Randazzo, N.; Reck, S.; Riccobene, G.; Sánchez-Losa, A.; Samtleben, D.  F. E.; Sanguineti, M.; Sapienza, P.; Schüssler, F.; Spurio, M.; Stolarczyk, Th; Strandberg, B.; Taiuti, M.; Tayalati, Y.; Thakore, T.; Tingay, S.  J.; Trovato, A.; Vallage, B.; Van Elewyck, V.; Versari, F.; Viola, S.; Vivolo, D.; Wilms, J.; Zaborov, D.; Zegarelli, A.; Zornoza, J.  D.; Zúñiga, J.; Aartsen, M.  G.; Ackermann, M.; Adams, J.; Aguilar, J.  A.; Ahlers, M.; Ahrens, M.; Alispach, C.; Andeen, K.; Anderson, T.; Ansseau, I.; Anton, G.; Argüelles, C.; Auffenberg, J.; Axani, S.; Bagherpour, H.; Bai, X.; Balagopal V., A.; Barbano, A.; Barwick, S.  W.; Bastian, B.; Baum, V.; Baur, S.; Bay, R.; Beatty, J.  J.; Becker, K. -H.; Becker Tjus, J.; BenZvi, S.; Berley, D.; Bernardini, E.; Besson, D.  Z.; Binder, G.; Bindig, D.; Blaufuss, E.; Blot, S.; Bohm, C.; Böser, S.; Botner, O.; Böttcher, J.; Bourbeau, E.; Bourbeau, J.; Bradascio, F.; Braun, J.; Bron, S.; Brostean-Kaiser, J.; Burgman, A.; Buscher, J.; Busse, R.  S.; Carver, T.; Chen, C.; Cheung, E.; Chirkin, D.; Choi, S.; Clark, B.  A.; Clark, K.; Classen, L.; Coleman, A.; Collin, G.  H.; Conrad, J.  M.; Coppin, P.; Correa, P.; Cowen, D.  F.; Cross, R.; Dave, P.; De Clercq, C.; DeLaunay, J.  J.; Dembinski, H.; Deoskar, K.; De Ridder, S.; Desiati, P.; de Vries, K.  D.; de Wasseige, G.; de With, M.; DeYoung, T.; Diaz, A.; Díaz-Vélez, J.  C.; Dujmovic, H.; Dunkman, M.; Dvorak, E.; Eberhardt, B.; Ehrhardt, T.; Eller, P.; Engel, R.; Evenson, P.  A.; Fahey, S.; Fazely, A.  R.; Felde, J.; Filimonov, K.; Finley, C.; Fox, D.; Franckowiak, A.; Friedman, E.; Fritz, A.; Gaisser, T.  K.; Gallagher, J.; Ganster, E.; Garrappa, S.; Gerhardt, L.; Ghorbani, K.; Glauch, T.; Glüsenkamp, T.; Goldschmidt, A.; Gonzalez, J.  G.; Grant, D.; Grégoire, T.; Griffith, Z.; Griswold, S.; Günder, M.; Gündüz, M.; Haack, C.; Hallgren, A.; Halliday, R.; Halve, L.; Halzen, F.; Hanson, K.; Haungs, A.; Hebecker, D.; Heereman, D.; Heix, P.; Helbing, K.; Hellauer, R.; Henningsen, F.; Hickford, S.; Hignight, J.; Hill, G.  C.; Hoffman, K.  D.; Hoffmann, R.; Hoinka, T.; Hokanson-Fasig, B.; Hoshina, K.; Huber, M.; Huber, T.; Hultqvist, K.; Hünnefeld, M.; Hussain, R.; In, S.; Iovine, N. ; Ishihara, A.; Jansson, M.; Japaridze, G.  S.; Jeong, M.; Jero, K.; Jones, B.  J. P.; Jonske, F.; Joppe, R.; Kang, D.; Kang, W.; Kappes, A.; Kappesser, D.; Karg, T.; Karl, M.; Karle, A.; Kauer, M.; Kellermann, M.; Kelley, J.  L.; Kheirandish, A.; Kim, J.; Kintscher, T.; Kiryluk, J.; Kittler, T.; Klein, S.  R.; Koirala, R.; Kolanoski, H.; Köpke, L.; Kopper, C.; Kopper, S.; Koskinen, D.  J.; Kowalski, M.; Krings, K.; Krückl, G.; Kulacz, N.; Kurahashi, N.; Kyriacou, A.; Lanfranchi, J.  L.; Larson, M.  J.; Lauber, F.; Lazar, J.  P.; Leonard, K.; Leszczyńska, A.; Liu, Q.  R.; Lohfink, E.; Lozano Mariscal, C.  J.; Lu, L.; Lucarelli, F.; Ludwig, A.; Lünemann, J.; Luszczak, W.; Lyu, Y.; Ma, W.  Y.; Madsen, J.; Mahn, K.  B. M.; Makino, Y.; Mallik, P.; Mallot, K.; Mancina, S.; Mariş, I.  C.; Maruyama, R.; Mase, K.; Maunu, R.; McNally, F.; Meagher, K.; Medici, M.; Medina, A.; Meier, M.; Meighen-Berger, S.; Merino, G.; Meures, T.; Micallef, J.; Mockler, D.; Momenté, G.; Montaruli, T.; Moore, R.  W.; Morse, R.; Moulai, M.; Muth, P.; Nagai, R.; Naumann, U.; Neer, G.; Nguyễn, L.  V.; Niederhausen, H.; Nisa, M.  U.; Nowicki, S.  C.; Nygren, D.  R.; Obertacke Pollmann, A.; Oehler, M.; Olivas, A.; O’Murchadha, A.; O’Sullivan, E.; Palczewski, T.; Pandya, H.; Pankova, D.  V.; Park, N.; Peiffer, P.; Pérez de los Heros, C.; Philippen, S.; Pieloth, D.; Pieper, S.; Pinat, E.; Pizzuto, A.; Plum, M.; Porcelli, A.; Price, P.  B.; Przybylski, G.  T.; Raab, C.; Raissi, A.; Rameez, M.; Rauch, L.; Rawlins, K.; Rea, I.  C.; Rehman, A.; Reimann, R.; Relethford, B.; Renschler, M.; Renzi, G.; Resconi, E.; Rhode, W.; Richman, M.; Robertson, S.; Rongen, M.; Rott, C.; Ruhe, T.; Ryckbosch, D.; Rysewyk Cantu, D.; Safa, I.; Sanchez Herrera, S.  E.; Sandrock, A.; Sandroos, J.; Santander, M.; Sarkar, S.; Sarkar, S.; Satalecka, K.; Schaufel, M.; Schieler, H.; Schlunder, P.; Schmidt, T.; Schneider, A.; Schneider, J.; Schröder, F.  G.; Schumacher, L.; Sclafani, S.; Seckel, D.; Seunarine, S.; Shefali, S.; Silva, M.; Snihur, R.; Soedingrekso, J.; Soldin, D.; Song, M.; Spiczak, G.  M.; Spiering, C.; Stachurska, J.; Stamatikos, M.; Stanev, T.; Stein, R.; Stettner, J.; Steuer, A.; Stezelberger, T.; Stokstad, R.  G.; Stößl, A.; Strotjohann, N.  L.; Stürwald, T.; Stuttard, T.; Sullivan, G.  W.; Taboada, I.; Tenholt, F.; Ter-Antonyan, S.; Terliuk, A.; Tilav, S.; Tollefson, K.; Tomankova, L.; Tönnis, C.; Toscano, S.; Tosi, D.; Trettin, A.; Tselengidou, M.; Tung, C.  F.; Turcati, A.; Turcotte, R.; Turley, C.  F.; Ty, B.; Unger, E.; Unland Elorrieta, M.  A.; Usner, M.; Vandenbroucke, J.; Van Driessche, W.; van Eijk, D.; van Eijndhoven, N.; van Santen, J.; Verpoest, S.; Vraeghe, M.; Walck, C.; Wallace, A.; Wallraff, M.; Wandkowsky, N.; Watson, T.  B.; Weaver, C.; Weindl, A.; Weiss, M.  J.; Weldert, J.; Wendt, C.; Werthebach, J.; Whelan, B.  J.; Whitehorn, N.; Wiebe, K.; Wiebusch, C.  H.; Wille, L.; Williams, D.  R.; Wills, L.; Wolf, M.; Wood, J.; Wood, T.  R.; Woschnagg, K.; Wrede, G.; Xu, D.  L.; Xu, X.  W.; Xu, Y.; Yanez, J.  P.; Yodh, G.; Yoshida, S.; Yuan, T.; Zöcklein, M.

In this work, we present the results of the first combined dark matter search targeting the Galactic Centre using the ANTARES and IceCube neutrino telescopes. For dark matter particles with masses from 50 to 1000 GeV, the sensitivities on the self-annihilation cross section set by ANTARES and IceCube are comparable, making this mass range particularly interesting for a joint analysis. Dark matter self-annihilation through the $$\tau^+\tau^-$$, $$\mu^+\mu^-$$, $$b\bar{b}$$ and $W^+W^-$ channels is considered for both the Navarro-Frenk-White and Burkert halo profiles. In the combination of 2,101.6 days of ANTARES data and 1,007 days of IceCube data, no excess over the expected background is observed. Limits on the thermally-averaged dark matter annihilation cross section $$\langle\sigma_A\upsilon\rangle$$ are set. These limits present an improvement of up to a factor of two in the studied dark matter mass range with respect to the individual limits published by both collaborations. When considering dark matter particles with a mass of 200 GeV annihilating through the $$\tau^+\tau^-$$ channel, the value obtained for the limit is $$7.44 \times 10^{-24} \text{cm}^{3}\text{s}^{-1}$$ for the Navarro-Frenk-White halo profile. For the purpose of this joint analysis, the model parameters and the likelihood are unified, providing a benchmark for forthcoming dark matter searches performed by neutrino telescopes.

• Research Organization: Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States)
• Sponsoring Organization: USDOE Office of Science (SC)
• Contributing Organization: ANTARES Collaboration; IceCube Collaboration
• Grant/Contract Number: AC02-05CH11231
• OSTI ID: 1713308
• Journal Information: Physical Review D, Vol. 102, Issue 8; ISSN 2470-0010
• Publisher: American Physical Society (APS)
• Country of Publication: United States
• Language: English

Related Subjects

79 ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS
Cosmic rays & astroparticles
extrasolar neutrino astronomy
particle dark matter
neutrino detectors