Abstract
The dwarf spheroidal galaxies (dSphs) orbiting the Milky Way are widely regarded as systems supported by velocity dispersion against self-gravity, and as prime targets for the search for indirect dark matter (DM) signatures in the GeV-to-TeV γ -ray range owing to their lack of astrophysical γ -ray background. We present forecasts of the sensitivity of the forthcoming Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) to annihilating or decaying DM signals in these targets. An original selection of candidates is performed from the current catalogue of known objects, including both classical and ultrafaint dSphs. For each, the expected DM content is derived using the most comprehensive photometric and spectroscopic data available, within a consistent framework of analysis. This approach enables the derivation of novel astrophysical factor profiles for indirect DM searches, which are compared with results from the literature. From an initial sample of 64 dSphs, eight promising targets are identified – Draco I, Coma Berenices, Ursa Major II, Ursa Minor, and Willman 1 in the North, Reticulum II, Sculptor, and Sagittarius II in the South – for which different DM density models yield consistent expectations, leading to robust predictions. CTAO is expected to provide the strongest limits above ∼10 TeV, reaching velocity-averaged annihilation cross sections of ∼ 5 × 10−25 cm3 s−1 and decay lifetimes up to ∼ 1026 s for combined limits. The dominant uncertainties arise from the imprecise determination of the DM content, particularly for ultrafaint dSphs. Observation strategies are proposed that optimize either deep exposures of the best candidates or diversified target selections.
| Original language | English |
|---|---|
| Pages (from-to) | 2946-2986 |
| Number of pages | 41 |
| Journal | Monthly Notices of the Royal Astronomical Society |
| Volume | 544 |
| Issue number | 3 |
| DOIs | |
| Publication status | Published - 1 Dec 2025 |
Keywords
- Local Group
- dark matter
- galaxies: dwarf
- gamma-rays: galaxies
- methods: numerical
- radiation mechanisms: non-thermal
Fingerprint
Dive into the research topics of 'Prospects for dark matter observations in dwarf spheroidal galaxies with the Cherenkov Telescope Array Observatory'. Together they form a unique fingerprint.Cite this
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In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 544, No. 3, 01.12.2025, p. 2946-2986.
Research output: Contribution to journal › Article › peer-review
TY - JOUR
T1 - Prospects for dark matter observations in dwarf spheroidal galaxies with the Cherenkov Telescope Array Observatory
AU - Abe, K.
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AU - Yamazaki, R.
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AU - Živec, M.
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N1 - Publisher Copyright: © The Author(s) 2025.
PY - 2025/12/1
Y1 - 2025/12/1
N2 - The dwarf spheroidal galaxies (dSphs) orbiting the Milky Way are widely regarded as systems supported by velocity dispersion against self-gravity, and as prime targets for the search for indirect dark matter (DM) signatures in the GeV-to-TeV γ -ray range owing to their lack of astrophysical γ -ray background. We present forecasts of the sensitivity of the forthcoming Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) to annihilating or decaying DM signals in these targets. An original selection of candidates is performed from the current catalogue of known objects, including both classical and ultrafaint dSphs. For each, the expected DM content is derived using the most comprehensive photometric and spectroscopic data available, within a consistent framework of analysis. This approach enables the derivation of novel astrophysical factor profiles for indirect DM searches, which are compared with results from the literature. From an initial sample of 64 dSphs, eight promising targets are identified – Draco I, Coma Berenices, Ursa Major II, Ursa Minor, and Willman 1 in the North, Reticulum II, Sculptor, and Sagittarius II in the South – for which different DM density models yield consistent expectations, leading to robust predictions. CTAO is expected to provide the strongest limits above ∼10 TeV, reaching velocity-averaged annihilation cross sections of ∼ 5 × 10−25 cm3 s−1 and decay lifetimes up to ∼ 1026 s for combined limits. The dominant uncertainties arise from the imprecise determination of the DM content, particularly for ultrafaint dSphs. Observation strategies are proposed that optimize either deep exposures of the best candidates or diversified target selections.
AB - The dwarf spheroidal galaxies (dSphs) orbiting the Milky Way are widely regarded as systems supported by velocity dispersion against self-gravity, and as prime targets for the search for indirect dark matter (DM) signatures in the GeV-to-TeV γ -ray range owing to their lack of astrophysical γ -ray background. We present forecasts of the sensitivity of the forthcoming Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) to annihilating or decaying DM signals in these targets. An original selection of candidates is performed from the current catalogue of known objects, including both classical and ultrafaint dSphs. For each, the expected DM content is derived using the most comprehensive photometric and spectroscopic data available, within a consistent framework of analysis. This approach enables the derivation of novel astrophysical factor profiles for indirect DM searches, which are compared with results from the literature. From an initial sample of 64 dSphs, eight promising targets are identified – Draco I, Coma Berenices, Ursa Major II, Ursa Minor, and Willman 1 in the North, Reticulum II, Sculptor, and Sagittarius II in the South – for which different DM density models yield consistent expectations, leading to robust predictions. CTAO is expected to provide the strongest limits above ∼10 TeV, reaching velocity-averaged annihilation cross sections of ∼ 5 × 10−25 cm3 s−1 and decay lifetimes up to ∼ 1026 s for combined limits. The dominant uncertainties arise from the imprecise determination of the DM content, particularly for ultrafaint dSphs. Observation strategies are proposed that optimize either deep exposures of the best candidates or diversified target selections.
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KW - dark matter
KW - galaxies: dwarf
KW - gamma-rays: galaxies
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M3 - Article
AN - SCOPUS:105022942905
SN - 0035-8711
VL - 544
SP - 2946
EP - 2986
JO - Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
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