Ricerca di materia oscura particellare attraverso anisotropie e cross-correlazioni

This thesis concerns indirect searches for dark matter (DM) via cross - correlations between a signal due to decay or annihilation of DM particles and a gravitational tracer of the DM distribution in the Universe. The cross-correlation technique is a powerful tool to probe DM properties by using different electromagnetic signals from DM (e.g., gamma-rays, radio emission, X-rays, infrared) and different gravitational tracers due to the presence of DM in the Universe (e.g., weak-lensing cosmic shear, large scale structure matter distribution, CMB-lensing). In this work I will briefly illustrate the halo model of the large scale structure, I will introduce the general formalism of the statistical tools relevant to the study of anisotropies in the Universe: the two-point correlation function and the angular power spectrum. I will study the auto-correlation of particle DM signals in both the DM annihilating and decaying scenarios, outlining the main differences. Then I will focus on sterile neutrinos, a promising candidate of decaying DM, and cross-correlate it with a gravitational tracer, the 2MASS galaxies catalogue. I will discuss the implication for sterile neutrinos signals that could be detected by X-ray telescopes.

Questa tesi riguarda la ricerca indiretta di materia oscura attraverso cross-correlazioni tra un segnale dovuto al decadimento o all'annichilazione di una particella di materia oscura ed un tracciatore gravitazionale della distribuzione di materia oscura nell'Universo. La tecnica di cross-correlazione è uno strumento potente per provare le proprietà della materia oscura usando segnali elettromagnetici differenti provenienti da essa (raggi gamma, emissioni radio, raggi X, infrarossi) e differenti tracciatori gravitazionali dovuti alla presenza di materia oscura nell'Universo (weak-lensing cosmic shear, large scale structure, CMB-lensing). In questo lavoro illustrerò brevemente il modello ad aloni per strutture su larga scala, introdurrò il formalismo generale degli strumenti statistici rilevanti per lo studio delle anisotropie dell'Universo: la funzione di correlazione a due punti e lo spettro di potenza angolare. Studierò l'auto-correlazione di segnali di materia oscura particellare nel caso di materia oscura che decade e che annichila, sottolineando le principali differenze. Successivamente mi concentrerò sui neutrini sterili, candidati promettenti di materia oscura che decade, e ne cross-correlerò il segnale con un tracciatore gravitazionale, il catalogo di galassie 2MASS. Discuterò le implicazioni per il segnale di neutrini sterili che potrebbe venir rivelato da telescopi a raggi X.