Erweiterungen des Standardmodells beinhalten neue Elementarteilchen, die zu spezifischen astrophysikalischen Signaturen führen können. Insbesondere vermögen schwach-wechselwirkende massive Teilchen (WIMPs) die unbekannte, nicht-leuchtende Dunkle Materie zu bilden, welche ca. 84% der Materie des Universums ausmacht. Die Annihilation oder der Zerfall von WIMPs kann zur Entstehung hochenergetischer Gammastrahlung führen. In dieser Dissertation werden neue Methoden zur Suche nach Gammastrahlung annihilierender Dunkler Materie entwickelt und angewandt. Darüber hinaus werden astrophysikalische Signaturen neuer ultraleichter verborgener U(1)-Eichbosonen in Radiodaten untersucht.
Hierarchische Strukturbildung im Universum impliziert die Existenz einer Vielzahl kleinerer Subhalos Dunkler Materie innerhalb von Galaxien wie der Milchstraße. Es wird gezeigt, dass das Fermi-LAT ausreichende Sensitivität aufweist, um bis zu mehrere nahegelegene Dunkle-Materie-Subhalos als schwache Gammaquellen mit moderater Ausdehnung zu detektieren. Suchen im ersten und zweiten Fermi-LAT-Katalog ergeben jeweils ca. zehn Kandidaten. Zur ihrer Differenzierung von konventionellen astrophysikalischen Objekten wird eine Analyse der Fermi-LAT-Daten über 3,5 Jahre auf spektrale, räumliche, und zeitliche Eigenschaften sowie der genauen Position durchgeführt. Zudem wird eine Multiwellenlängenanalyse von Archivdaten und Folgebeobachtungen im Radioband, Infrarotband, optischen Band, UV-Band, Röntgenband, Hochenergieband sowie im sehr hochenergetischen Gammaband durchgeführt. Die spektralen Energieverteilungen aller interessanter Kandidaten sind mit AGNs kompatibel, insbesondere mit einer Klasse von BL Lacs, deren spektrale Maxima bei vergleichsweise hohen Energien liegen (HBLs).
Die Annihilation Dunkler Materie kann zum Spektrum kleinskaliger Winkelanisotropien des diffusen Gammastrahlungshintergrundes (DGB) beitragen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Detektionsmöglichkeiten heutiger abbildender atmosphärischer Cherenkovteleskope und des geplanten Cherenkov Telescope Arrays (CTA). Mit Hilfe des CTA kann ein relativer Beitrag um 10% von annihilierender Dunkler Materie zum Gammastrahlungsfluss des extragalaktischen DGB nachgewiesen werden. In Bezug auf den geschwindigkeitsgemittelten Wechselwirkungsquerschnitt annihilierender Dunkler Materie entspricht die Sensitivität von CTA einem Wert unter 3x10-26 cm3 s-1 für WIMPs, deren Masse kleiner als 200 GeV ist.
Einige Erweiterungen des Standardmodells beinhalten die Existenz verborgener U(1)-Eichbosonen (verborgene Photonen). Die Dissertation entwickelt, wie ultraleichte verborgene Photonen mit Massen unter 10-14 eV breitbandige Spektren kompakter Radioquellen modifizieren können. Eine Sensitivitätsstudie aktueller und geplanter Radioteleskope wird beschrieben. Mit Radiobeobachtungen lassen sich Mischungswinkel bis zu Werten von 10-3 messen. Die nachweisbaren verborgenen Photonen umfassen einen Massenbereich zwischen 10-17 eV und 10-12 eV.
Standard Model extensions imply new elementary particles that can lead to specific astrophysical signatures. In particular, weakly interacting massive particles (WIMPs) can constitute the unknown non-luminous cold dark matter, which contributes approximately 84% to the matter content of the Universe. Annihilation or decay of WIMPs may lead to high-energy gamma-rays. In this thesis, new methods of searching for gamma-ray signals from annihilating dark matter are developed and applied. Moreover, astrophysical imprints of new ultra-light hidden U(1) gauge bosons in radio data are investigated.
Hierarchical structure formation predicts a variety of smaller bound dark matter subhalos in Milky-Way-like galactic hosts. It is shown that the Fermi-LAT is sufficiently sensitive for detecting up to a few nearby dark matter subhalos in terms of faint gamma-ray sources with a moderate angular extent. Searches in the first and second Fermi-LAT source catalogs reveal about ten candidate sources each. To discriminate the source candidates from conventional astrophysical objects, an analysis for spectral, spatial, positional, and temporal gamma-ray properties using 3.5 years of Fermi-LAT data is carried out. In addition, a multi-wavelength analysis of archival data or follow-up observations in the radio, infrared, optical, UV, X-ray, high-energy, and very-high energy gamma-ray bands is carried out. The broad-band spectra of all promising candidates are compatible with AGN, in particular high-energy peaked BL-Lac type objects (HBLs).
Dark matter annihilation can contribute to the small-scale angular anisotropy spectrum of the diffuse gamma-ray background (DGB). The detection capabilities of currently operating imaging atmospheric Cherenkov telescopes and the planned Cherenkov Telescope Array (CTA) are studied. With CTA, a relative gamma-ray contribution from annihilating dark matter of 10% to the extragalactic DGB can be resolved via angular anisotropies. In terms of the dark matter velocity-averaged self-annihilation cross section, the sensitivity of CTA corresponds to values below 3x10-26 cm3 s-1 for WIMPs lighter than 200 GeV.
Standard Model extensions predict the existence of hidden sector U(1) gauge bosons (hidden photons). It is shown how ultra-light hidden photons with masses below 10-14 eV can modify broad-band spectra of compact radio sources. The sensitivity of current and planned radio astronomical facilities is investigated. Radio observations are capable of probing mixing angles down to 10-3 in a mass range between 10-17 eV and 10-12 eV.