Técnicas Estatísticas Avançadas para Buscas de Matéria Escura com Observatórios de Raios Gama

• Processo: 25/08438-2
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física das Partículas Elementares e Campos
• Pesquisador responsável: Luiz Vitor de Souza Filho
• Beneficiário: Micael Jonathan Duarte Andrade
• Supervisor: James A Hinton
• Instituição Sede: Instituto de Física de São Carlos (IFSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Max Planck Society, Heidelberg, Alemanha
• Vinculado à bolsa: 23/15494-0 - Otimização de buscas indiretas de matéria escura com observatórios terrestres de raios gama, BP.DR
• Assunto(s): Análise de dados Análise estatística Aprendizado computacional Centro galáctico Matéria escura Astrofísica de partículas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Análise de Dados | Análise Estatística | aprendizado de máquinas | Centro Galáctico | matéria escura | Telescópios de raio gama | Astrofísica de Partículas

Resumo

A natureza da matéria escura (DM) continua sendo um dos maiores mistérios da física moderna. A detecção indireta por meio de raios gama de altíssima energia é uma abordagem promissora para revelar a natureza das partículas de DM. Em particular, a região do Centro Galáctico (GC) da Via Láctea, com sua alta densidade de DM e relativa proximidade, é esperada como a fonte mais brilhante de raios gama provenientes da aniquilação ou decaimento de DM. Apesar de um forte fundo de fontes astrofísicas de raios gama, o GC permanece como um dos melhores alvos para a busca de um sinal de DM. Este projeto de estágio de pesquisa tem como foco o desenvolvimento e aplicação de métodos estatísticos avançados para detectar um sinal de raios gama induzido por DM na região do GC, utilizando dados de observatórios atuais de raios gama. Implementaremos uma análise de template multidimensional, incorporando técnicas de aprendizado de máquina, para separar as fontes sobrepostas de raios gama e os fundos difusos nessa região complexa. Durante os 12 meses de estágio no Instituto Max Planck de Física Nuclear (MPIK), teremos acesso privilegiado a dados observacionais reais do telescópio Cherenkov H.E.S.S. e do detector Cherenkov de água HAWC. Otimizaremos a análise de busca por DM utilizando esses conjuntos de dados, com o objetivo de detectar uma contribuição tênue de DM ou, na ausência dela, impor limites rigorosos à seção de aniquilação $\langle\sigma v\rangle$ e à massa $m_{\mathrm{DM}}$ da partícula de DM. A expertise disponível no MPIK, combinada com esses dados únicos, nos permitirá validar nosso arcabouço analítico e melhorar sua sensibilidade. Os resultados não apenas contribuirão diretamente para a busca de DM nos dados atuais, como também prepararão o terreno para experimentos da próxima geração, como o Cherenkov Telescope Array (CTA) e o Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO). Os resultados serão publicados e divulgados para a comunidade científica, contribuindo para nosso entendimento tanto da matéria escura quanto da astrofísica de altas energias.