1. Sensitivity of the Cherenkov Telescope Array to TeV photon emission from the Large Magellanic Cloud
- Author
-
A Acharyya, R Adam, A Aguasca-Cabot, I Agudo, A Aguirre-Santaella, J Alfaro, R Aloisio, R Alves Batista, E Amato, E O Angüner, C Aramo, C Arcaro, K Asano, J Aschersleben, H Ashkar, M Backes, A Baktash, C Balazs, M Balbo, J Ballet, A Bamba, A Baquero Larriva, V Barbosa Martins, U Barres de Almeida, J A Barrio, D Bastieri, P Batista, I Batkovic, J R Baxter, J Becerra González, J Becker Tjus, W Benbow, E Bernardini, M I Bernardos Martín, J Bernete Medrano, A Berti, B Bertucci, V Beshley, P Bhattacharjee, S Bhattacharyya, C Bigongiari, A Biland, E Bissaldi, F Bocchino, P Bordas, J Borkowski, E Bottacini, M Böttcher, F Bradascio, A M Brown, A Bulgarelli, L Burmistrov, S Caroff, A Carosi, E Carquín, S Casanova, E Cascone, F Cassol, M Cerruti, P Chadwick, S Chaty, A Chen, A Chiavassa, L Chytka, V Conforti, J Cortina, A Costa, H Costantini, G Cotter, S Crestan, P Cristofari, F D’Ammando, M Dalchenko, F Dazzi, A De Angelis, V De Caprio, E M de Gouveia Dal Pino, D De Martino, M de Naurois, V de Souza, M V del Valle, A G Delgado Giler, C Delgado, D della Volpe, D Depaoli, T Di Girolamo, A Di Piano, F Di Pierro, R Di Tria, L Di Venere, S Diebold, M Doro, D Dumora, V V Dwarkadas, C Eckner, K Egberts, G Emery, J Escudero, D Falceta-Goncalves, E Fedorova, S Fegan, Q Feng, D Ferenc, G Ferrand, E Fiandrini, M Filipovic, V Fioretti, L Foffano, G Fontaine, Y Fukui, D Gaggero, G Galanti, G Galaz, S Gallozzi, V Gammaldi, M Garczarczyk, C Gasbarra, D Gasparrini, A Ghalumyan, M Giarrusso, G Giavitto, N Giglietto, F Giordano, A Giuliani, J-F Glicenstein, P Goldoni, J Goulart Coelho, J Granot, D Green, J G Green, M-H Grondin, O Gueta, D Hadasch, P Hamal, T Hassan, K Hayashi, M Heller, S Hernández Cadena, N Hiroshima, B Hnatyk, R Hnatyk, W Hofmann, J Holder, M Holler, D Horan, P Horvath, M Hrabovsky, M Hütten, M Iarlori, T Inada, F Incardona, S Inoue, F Iocco, M Jamrozy, W Jin, I Jung-Richardt, J Juryšek, D Kantzas, V Karas, H Katagiri, D Kerszberg, J Knödlseder, N Komin, P Kornecki, K Kosack, G Kowal, H Kubo, A Lamastra, J Lapington, M Lemoine-Goumard, J-P Lenain, F Leone, G Leto, F Leuschner, E Lindfors, T Lohse, S Lombardi, F Longo, R López-Coto, A López-Oramas, S Loporchio, P L Luque-Escamilla, O Macias, P Majumdar, D Mandat, S Mangano, G Manicò, M Mariotti, P Marquez, G Marsella, J Martí, P Martin, M Martínez, D Mazin, S Menchiari, D M-A Meyer, D Miceli, M Miceli, J Michałowski, A Mitchell, R Moderski, L Mohrmann, M Molero, E Molina, T Montaruli, A Moralejo, D Morcuende, A Morselli, E Moulin, V Moya, R Mukherjee, K Munari, A Muraczewski, S Nagataki, T Nakamori, A Nayak, J Niemiec, M Nievas, M Nikołajuk, K Nishijima, K Noda, D Nosek, B Novosyadlyj, S Nozaki, M Ohishi, S Ohm, A Okumura, B Olmi, R A Ong, M Orienti, R Orito, M Orlandini, E Orlando, S Orlando, M Ostrowski, I Oya, A Pagliaro, M Palatka, F R Pantaleo, R Paoletti, J M Paredes, N Parmiggiani, B Patricelli, M Pech, M Pecimotika, M Persic, O Petruk, E Pierre, E Pietropaolo, G Pirola, M Pohl, E Prandini, C Priyadarshi, G Pühlhofer, M L Pumo, M Punch, F S Queiroz, A Quirrenbach, S Rainò, R Rando, S Razzaque, A Reimer, O Reimer, T Reposeur, M Ribó, T Richtler, J Rico, F Rieger, M Rigoselli, V Rizi, E Roache, G Rodriguez Fernandez, P Romano, G Romeo, J Rosado, A Rosales de Leon, B Rudak, C Rulten, I Sadeh, T Saito, M Sánchez-Conde, H Sano, A Santangelo, R Santos-Lima, S Sarkar, F G Saturni, A Scherer, P Schovanek, F Schussler, U Schwanke, O Sergijenko, M Servillat, H Siejkowski, C Siqueira, S Spencer, A Stamerra, S Stanič, C Steppa, T Stolarczyk, Y Suda, T Tavernier, M Teshima, L Tibaldo, D F Torres, N Tothill, M Vacula, B Vallage, P Vallania, C van Eldik, M Vázquez Acosta, M Vecchi, S Ventura, S Vercellone, A Viana, C F Vigorito, J Vink, V Vitale, V Vodeb, S Vorobiov, T Vuillaume, S J Wagner, R Walter, M White, A Wierzcholska, M Will, R Yamazaki, L Yang, T Yoshikoshi, M Zacharias, G Zaharijas, D Zavrtanik, M Zavrtanik, A A Zdziarski, V I Zhdanov, K Ziętara, M Živec, Joseph Louis LAGRANGE (LAGRANGE), Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (LAPP), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM), Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation (GEPI), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan (CENBG), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique Théorique (LAPTH), Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (LPNHE (UMR_7585)), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Cherenkov Telescope Array
- Subjects
High Energy Astrophysical Phenomena (astro-ph.HE) ,photon, emission ,acceleration, efficiency ,Cherenkov Telescope Array ,WIMP ,diffusion ,FOS: Physical sciences ,Astronomy and Astrophysics ,suppression ,sensitivity ,Navarro-Frenk-White profile ,dark matter ,photon, energy ,flux ,cosmic radiation, spectrum ,energy, high ,Space and Planetary Science ,cloud ,TeV ,spectral ,galaxy ,Astrophysics - High Energy Astrophysical Phenomena ,[PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph] ,nucleus, cosmic radiation - Abstract
A deep survey of the Large Magellanic Cloud at ~0.1-100TeV photon energies with the Cherenkov Telescope Array is planned. We assess the detection prospects based on a model for the emission of the galaxy, comprising the four known TeV emitters, mock populations of sources, and interstellar emission on galactic scales. We also assess the detectability of 30 Doradus and SN 1987A, and the constraints that can be derived on the nature of dark matter. The survey will allow for fine spectral studies of N157B, N132D, LMC P3, and 30 Doradus C, and half a dozen other sources should be revealed, mainly pulsar-powered objects. The remnant from SN 1987A could be detected if it produces cosmic-ray nuclei with a flat power-law spectrum at high energies, or with a steeper index 2.3-2.4 pending a flux increase by a factor >3-4 over ~2015-2035. Large-scale interstellar emission remains mostly out of reach of the survey if its >10GeV spectrum has a soft photon index ~2.7, but degree-scale 0.1-10TeV pion-decay emission could be detected if the cosmic-ray spectrum hardens above >100GeV. The 30 Doradus star-forming region is detectable if acceleration efficiency is on the order of 1-10% of the mechanical luminosity and diffusion is suppressed by two orders of magnitude within, Accepted for publication in MNRAS. Corresponding authors: Pierrick Martin, Maria Isabel Bernardos Martin, Fabio Iocco
- Published
- 2023