Searching for Dark Matter with Light

Vi har kommet langt med utforskning av universet vårt, og i dag vet vi at det finnes milliarder av stjerner i galaksen vår, og vi har mange millioner av andre galakser i tillegg. Likevel predikerer moderne kosmologiske modeller at vanlig materie bare utgjør 16% av det totale materieinnholdet i universet. De øvrige 84% kalles mørk materie og er per i dag dårlig forstått. Eksistensen er etablert av flere uavhengige observasjoner, men så langt er alle disse observasjonene bare indirekte. Den nøyaktige sammensetningen av mørk materie forblir ukjent. Gjennom overveldende forekomst spilte mørk materie en avgjørende rolle i utviklingen av universet og dermed i utviklingen av selve livet. Følgelig er en grundige forståelse av mørk materie avgjørende for å forstå kosmos. Bedre forståelse av mørk materie et viktig mål for moderne fysikk og dette prosjektet vil jakter etter det. Med denne forskningen forberede vi analysen av de første dataene som blir tatt med Cherenkov Telescope Array. Dette instrumentet, som snart skal bygges, er designet for å måle gammastråler som treffer jordens atmosfære fra verdensrommet. Detektoren skal bli den mest avanserte i sitt slag når den er ferdig. Økningen i følsomhet sammenlignet med tidligere teleskoper kan være den avgjørende faktoren for å avdekke arten av mørk materie, da et bredere spekter av gammastråler kan studeres med høyere presisjon når teleskopet samler data. Med dette prosjektet har vi etablert en tett samarbeid med forskere ved Universitetet i Oslo som også jobber med CTA dataanalyse. Vi bidrar til programvare som brukes i CTA (gammapy) og vi delta jevnlig på møtene til CTA mørk materie gruppen. Samtidig er medlemmene av dette prosjektet involvert i dataanalysen av gjeldende gammastråleteleskoper (H.E.S.S. og MAGIC).

According to modern cosmological models only 16% of all matter in our universe corresponds to the known, visible matter. The other 84% is called dark matter (DM) and could so far only be observed indirectly. This is why its particle nature is poorly understood. Yet, DM played a crucial role during the evolution of our universe and thus the formation of life itself. Therefore, the understanding of DM is an important aim of contemporary physics and is pursued in this project. With this research proposal, we will endeavor to uncover the particle nature of DM by analysing the first data taken with the Cherenkov Telescope Array (CTA). This observatory for gamma-ray astronomy is soon entering its construction phase and will outperform current telescopes by far. This leap in sensitivity can be the decisive factor to unravel the nature of DM. Therefore, now is the time to contribute to those efforts as this allows for enough time to prepare the recording of the data as well as their analysis. Project group members will engage both in the commissioning and operation of CTA and in the analysis of the first data. We will strive to improve on current analyses by refining the background estimation and by using modern machine learning algorithms. The work will be fully integrated in the Norwegian efforts to search for DM and within the CTA community. It will help the project manager to advance her career as an independent researcher and include several measures to communicate the results to the different target audiences. The proposal connects the fields of high energy physics, astroparticle physics, cosmology and computer science as we will only be ably to truly understand DM by cornering it from all angles.