Trotz größter experimenteller und theoretischer Anstrengungen ist die Frage nach der Teilchennatur der Dunklen Materie ungelöst. Neben den paradigmatischen WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) existieren viele theoretisch gut motivierte Modelle, die Kopplungen zwischen Dunkler Materie und Standardmodellteilchen vorhersagen welche viel schwächer als elektroschwach sind. In diesen Fällen ergeben sich eine ganze Reihe von neuen Phänomenen, die vom möglichen Einfluss auf die Kosmologie des frühen Universums bis hin zu Modellen mit zerfallender Dunkler Materie reichen.
In dieser Arbeit beschäftigen wir uns mit verschiedenen Aspekten solcher superschwach koppelnder Dunkler Materie im Allgemeinen, und unter spezieller Berücksichtigung von hidden U(1) gauginos, die kinetisch mit der Hyperladung des minimalen supersymmetrischen Standardmodells mischen. Dabei nehmen wir an, dass - in Analogie zum Elektromagnetismus - die U(1) ungebrochen bleibt. Aus Berechnungen der thermischen Produktion der hidden U(1) gauginos im frühen Universum und der möglichen Wechselwirkung mit primordialer Nukleosynthese und Stukturbildung leiten wir Schranken an die Modellparameter ab. Wir studieren auch die in diesem Modell mögliche Produktion von exotischen Beiträgen zur kosmischen Strahlung in Hinblick auf die aktuellen Messergebnisse der Satellitenexperimente PAMELA und Fermi LAT.
Darüberhinaus betrachten wir die möglichen Signaturen von zerfallender Dunkler Materie in der kosmischen Strahlung auch unabhängig von konkreten teilchenphysikalischen Modellen. Dabei konzentrieren wir uns auf die Frage, inwieweit der von PAMELA beobachtete Anstieg des Positronenanteils bei Strahlungsenergien oberhalb von 10 GeV zerfallender Dunkler Materie zugeschrieben werden kann. Aus diesen Ergebnissen leiten wir dann entsprechende Vorhersagen für die kosmische Gammastrahlung ab, wie sie derzeit vom Fermi LAT gemessen wird. Wir schlagen die dem vorhergesagten Gammasignal inhärente dipolartige Anisotropie vor, um es vom extragalaktische Gammastrahlungshintergrund zu unterscheiden.
Despite lots of observational and theoretical efforts, the particle nature of dark matter remains unknown. Beyond the paradigmatic WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles), many theoretically well motivated models exist where dark matter interacts much more weakly than electroweak with Standard Model particles. In this case new phenomena occur, like the decay of dark matter or the interference with the standard cosmology of the early Universe.
In this thesis we study some of these aspects of superweakly coupled dark matter in general, and in the special case of hidden U(1) gauginos that kinetically mix with hypercharge. There, we will assume that the gauge group remains unbroken, similar to the electromagnetic Standard Model U(1). We study different kinds of cosmological bounds, including bounds from thermal overproduction, from primordial nucleosynthesis and from structure formation. Furthermore, we study the possible cosmic-ray signatures predicted by this scenario, with emphasis on the electron and positron channel in light of the recent observations by PAMELA and Fermi LAT.
Moreover we study the cosmic-ray signatures of decaying dark matter independently of concrete particle-physics models. In particular we analyze in how far the rise in the positron fraction above 10 GeV, as observed by PAMELA, can be explained by dark matter decay. Lastly, we concentrate on related predictions for gamma-ray observations with the Fermi LAT, and propose to use the dipole-like anisotropy of the prompt gamma-ray dark matter signal to distinguish exotic dark matter contributions from the extragalactic gamma-ray background.