New Limits on Dark Matter Annihilation from Alpha Magnetic Spectrometer Cosmic Ray Positron Data

被引:201
作者
Bergstrom, Lars [1 ]
Bringmann, Torsten [2 ]
Cholis, Ilias [3 ]
Hooper, Dan [3 ,4 ]
Weniger, Christoph [5 ]
机构
[1] Stockholm Univ, Oskar Klein Ctr Cosmoparticle Phys, Dept Phys, AlbaNova, SE-10691 Stockholm, Sweden
[2] Univ Hamburg, Inst Theoret Phys 2, DE-22761 Hamburg, Germany
[3] Fermilab Natl Accelerator Lab, Ctr Particle Astrophys, Batavia, IL 60510 USA
[4] Univ Chicago, Dept Astron & Astrophys, Chicago, IL 60637 USA
[5] Univ Amsterdam, GRAPPA Inst, NL-1090 GL Amsterdam, Netherlands
基金
瑞典研究理事会;
关键词
SOLAR MODULATION; GAMMA-RAYS; PROPAGATION; CONSTRAINTS; PARTICLES; FRACTION; DENSITY; MODELS;
D O I
10.1103/PhysRevLett.111.171101
中图分类号
O4 [物理学];
学科分类号
0702 ;
摘要
The Alpha Magnetic Spectrometer experiment onboard the International Space Station has recently provided cosmic ray electron and positron data with unprecedented precision in the range from 0.5 to 350 GeV. The observed rise in the positron fraction at energies above 10 GeV remains unexplained, with proposed solutions ranging from local pulsars to TeV-scale dark matter. Here, we make use of this high quality data to place stringent limits on dark matter with masses below similar to 300 GeV, annihilating or decaying to leptonic final states, essentially independent of the origin of this rise. We significantly improve on existing constraints, in some cases by up to 2 orders of magnitude.
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Barbeau, P. S. ;
Colaresi, J. ;
Collar, J. I. ;
Leon, J. Diaz ;
Fast, J. E. ;
Fields, N. ;
Hossbach, T. W. ;
Keillor, M. E. ;
Kephart, J. D. ;
Knecht, A. ;
Marino, M. G. ;
Miley, H. S. ;
Miller, M. L. ;
Orrell, J. L. ;
Radford, D. C. ;
Wilkerson, J. F. ;
Yocum, K. M. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 107 (14)
[2]   Detection of a gamma-ray source in the Galactic Center consistent with extended emission from dark matter annihilation and concentrated astrophysical emission [J].
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Kaplinghat, Manoj .
PHYSICAL REVIEW D, 2012, 86 (08)
[3]   Measurement of Separate Cosmic-Ray Electron and Positron Spectra with the Fermi Large Area Telescope [J].
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Allafort, A. ;
Atwood, W. B. ;
Baldini, L. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Bouvier, A. ;
Bregeon, J. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Cecchi, C. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Cutini, S. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Dermer, C. D. ;
Digel, S. W. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Drlica-Wagner, A. ;
Favuzzi, C. ;
Fegan, S. J. ;
Ferrara, E. C. ;
Focke, W. B. ;
Fortin, P. ;
Fukazawa, Y. ;
Funk, S. ;
Fusco, P. ;
Gargano, F. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2012, 108 (01)
[4]   Constraining Dark Matter Models from a Combined Analysis of Milky Way Satellites with the Fermi Large Area Telescope [J].
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Albert, A. ;
Atwood, W. B. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Bregeon, J. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Burnett, T. H. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Canadas, B. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Cecchi, C. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Cutini, S. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Dermer, C. D. ;
Digel, S. W. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Drlica-Wagner, A. ;
Falletti, L. ;
Favuzzi, C. ;
Fegan, S. J. ;
Ferrara, E. C. ;
Fukazawa, Y. ;
Funk, S. ;
Fusco, P. ;
Gargano, F. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 107 (24)
[5]   Fermi LAT observations of cosmic-ray electrons from 7 GeV to 1 TeV [J].
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Atwood, W. B. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Baughman, B. M. ;
Bechtol, K. ;
Bellardi, F. ;
Bellazzini, R. ;
Belli, F. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bogart, J. R. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Brandt, T. J. ;
Bregeon, J. ;
Brez, A. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Burnett, T. H. ;
Busetto, G. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Carlson, P. ;
Carrigan, S. ;
Casandjian, J. M. ;
Ceccanti, M. ;
Cecchi, C. ;
Celik, Oe ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Chiang, J. ;
Cillis, A. N. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Corbet, R. ;
DeKlotz, M. ;
Dermer, C. D. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. .
PHYSICAL REVIEW D, 2010, 82 (09)
[6]   Searches for cosmic-ray electron anisotropies with the Fermi Large Area Telescope [J].
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Atwood, W. B. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Bouvier, A. ;
Bregeon, J. ;
Brez, A. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Burnett, T. H. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Carrigan, S. ;
Casandjian, J. M. ;
Cecchi, C. ;
Celik, Oe ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Cuoco, A. ;
Dermer, C. D. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Digel, S. W. ;
Di Bernardo, G. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Dubois, R. ;
Favuzzi, C. ;
Fegan, S. J. ;
Focke, W. B. ;
Frailis, M. ;
Fukazawa, Y. .
PHYSICAL REVIEW D, 2010, 82 (09)
[7]   An anomalous positron abundance in cosmic rays with energies 1.5-100 GeV [J].
Adriani, O. ;
Barbarino, G. C. ;
Bazilevskaya, G. A. ;
Bellotti, R. ;
Boezio, M. ;
Bogomolov, E. A. ;
Bonechi, L. ;
Bongi, M. ;
Bonvicini, V. ;
Bottai, S. ;
Bruno, A. ;
Cafagna, F. ;
Campana, D. ;
Carlson, P. ;
Casolino, M. ;
Castellini, G. ;
De Pascale, M. P. ;
De Rosa, G. ;
De Simone, N. ;
Di Felice, V. ;
Galper, A. M. ;
Grishantseva, L. ;
Hofverberg, P. ;
Koldashov, S. V. ;
Krutkov, S. Y. ;
Kvashnin, A. N. ;
Leonov, A. ;
Malvezzi, V. ;
Marcelli, L. ;
Menn, W. ;
Mikhailov, V. V. ;
Mocchiutti, E. ;
Orsi, S. ;
Osteria, G. ;
Papini, P. ;
Pearce, M. ;
Picozza, P. ;
Ricci, M. ;
Ricciarini, S. B. ;
Simon, M. ;
Sparvoli, R. ;
Spillantini, P. ;
Stozhkov, Y. I. ;
Vacchi, A. ;
Vannuccini, E. ;
Vasilyev, G. ;
Voronov, S. A. ;
Yurkin, Y. T. ;
Zampa, G. ;
Zampa, N. .
NATURE, 2009, 458 (7238) :607-609
[8]   Cosmic-ray positron fraction measurement from 1 to 30 GeV with AMS-01 [J].
Aguilar, M. ;
Alcaraz, J. ;
Allaby, J. ;
Alpat, B. ;
Ambrosi, G. ;
Anderhub, H. ;
Ao, L. ;
Arefiev, A. ;
Azzarello, P. ;
Baldini, L. ;
Basile, M. ;
Barancourt, D. ;
Barao, F. ;
Barbier, G. ;
Barreira, G. ;
Battiston, R. ;
Becker, R. ;
Becker, U. ;
Bellagamba, L. ;
Bene, P. ;
Berdugo, J. ;
Berges, R. ;
Bertucci, B. ;
Biland, A. ;
Blasko, S. ;
Boella, G. ;
Boschini, M. ;
Bourquin, M. ;
Brocco, L. ;
Bruni, G. ;
Buenerd, M. ;
Burger, J. D. ;
Burger, W. J. ;
Cai, X. D. ;
Camps, C. ;
Cannarsa, P. ;
Capell, M. ;
Cardano, F. ;
Casadei, D. ;
Casaus, J. ;
Castellini, G. ;
Chang, Y. H. ;
Chen, H. F. ;
Chen, H. S. ;
Chen, Z. G. ;
Chernoplekov, N. A. ;
Chiueh, T. H. ;
Cho, K. ;
Choi, M. J. ;
Choi, Y. Y. .
PHYSICS LETTERS B, 2007, 646 (04) :145-154
[9]   First Result from the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station: Precision Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5-350 GeV [J].
Aguilar, M. ;
Alberti, G. ;
Alpat, B. ;
Alvino, A. ;
Ambrosi, G. ;
Andeen, K. ;
Anderhub, H. ;
Arruda, L. ;
Azzarello, P. ;
Bachlechner, A. ;
Barao, F. ;
Baret, B. ;
Barrau, A. ;
Barrin, L. ;
Bartoloni, A. ;
Basara, L. ;
Basili, A. ;
Batalha, L. ;
Bates, J. ;
Battiston, R. ;
Bazo, J. ;
Becker, R. ;
Becker, U. ;
Behlmann, M. ;
Beischer, B. ;
Berdugo, J. ;
Berges, P. ;
Bertucci, B. ;
Bigongiari, G. ;
Biland, A. ;
Bindi, V. ;
Bizzaglia, S. ;
Boella, G. ;
de Boer, W. ;
Bollweg, K. ;
Bolmont, J. ;
Borgia, B. ;
Borsini, S. ;
Boschini, M. J. ;
Boudoul, G. ;
Bourquin, M. ;
Brun, P. ;
Buenerd, M. ;
Burger, J. ;
Burger, W. ;
Cadoux, F. ;
Cai, X. D. ;
Capell, M. ;
Casadei, D. ;
Casaus, J. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 110 (14)
[10]   Results from 730 kg days of the CRESST-II Dark Matter search [J].
Angloher, G. ;
Bauer, M. ;
Bavykina, I. ;
Bento, A. ;
Bucci, C. ;
Ciemniak, C. ;
Deuter, G. ;
von Feilitzsch, F. ;
Hauff, D. ;
Huff, P. ;
Isaila, C. ;
Jochum, J. ;
Kiefer, M. ;
Kimmerle, M. ;
Lanfranchi, J. -C. ;
Petricca, F. ;
Pfister, S. ;
Potzel, W. ;
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Reindl, F. ;
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Rottler, K. ;
Sailer, C. ;
Schaffner, K. ;
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Scholl, S. ;
Seidel, W. ;
v. Sivers, M. ;
Stodolsky, L. ;
Strandhagen, C. ;
Strauss, R. ;
Tanzke, A. ;
Usherov, I. ;
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Willers, M. ;
Zoeller, A. .
EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2012, 72 (04)