1. Evidence of 100 TeV γ-ray emission from HESS J1702-420
- Author
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Abdalla, H., Aharonian, F., Barbosa Martins, Victor, Lemoine-Goumard, M., Lenain, J.-P., Leuschner, F., Levy, C., Lohse, T., Lypova, Iryna, Mackey, J., Majumdar, Jhilik, Malyshev, D., Barnacka, A., Marandon, V., Marchegiani, P., Marcowith, A., Mares, A., Martí-Devesa, G., Marx, R., Maurin, G., Meintjes, P. J., Meyer, M., Mitchell, A., Barnard, M., Moderski, R., Mohrmann, L., Montanari, A., Moore, C., Morris, P., Moulin, E., Muller, J., Murach, Thomas, Nakashima, K., Nayerhoda, A., Becherini, Y., de Naurois, M., Ndiyavala, H., Niemiec, J., Oakes, L., O'Brien, P., Odaka, H., Ohm, Stefan, Olivera-Nieto, L., de Ona Wilhelmi, Emma Maria, Ostrowski, M., Berge, D., Panny, S., Panter, M., Parsons, R. D., Peron, G., Peyaud, B., Piel, Q., Pita, S., Poireau, V., Noel, A. Priyana, Prokhorov, D. A., Bernlöhr, K., Prokoph, Heike, Pühlhofer, G., Punch, M., Quirrenbach, A., Raab, S., Rauth, R., Reichherzer, P., Reimer, A., Reimer, O., Remy, Q., Bi, B., Renaud, M., Rieger, F., Rinchiuso, L., Romoli, C., Rowell, G., Rudak, B., Ruiz-Velasco, E., Sahakian, V., Sailer, S., Salzmann, H., Böttcher, M., Sanchez, D. A., Santangelo, A., Sasaki, M., Scalici, M., Schäfer, J., Schüssler, F., Schutte, H. M., Schwanke, U., Seglar-Arroyo, M., Senniappan, M., Boisson, C., Seyffert, A. S., Shafi, N., Shapopi, J. N. S., Shiningayamwe, K., Simoni, R., Sinha, A., Sol, H., Specovius, A., Spencer, S., Spir-Jacob, M., Bolmont, J., Stawarz, L., Sun, L., Steenkamp, R., Stegmann, Christian, Steinmassl, S., Steppa, C., Takahashi, T., Tavernier, T., Taylor, Andrew, Terrier, R., Benkhali, F. Ait, de Bony de Lavergne, M., Thiersen, J. H. E., Tiziani, D., Tluczykont, M., Tomankova, L., Trichard, C., Tsirou, M., Tuffs, R., Uchiyama, Y., van der Walt, D. J., van Eldik, C., Breuhaus, M., van Rensburg, C., van Soelen, B., Vasileiadis, G., Veh, J., Venter, C., Vincent, P., Vink, J., Völk, H. J., Wadiasingh, Z., Wagner, S. J., Brun, F., Watson, J., Werner, F., White, R., Wierzcholska, A., Wong, Yu Wun, Yusafzai, A., Zacharias, M., Zanin, R., Zargaryan, D., Zdziarski, A. A., Brun, P., Zech, A., Zhu, Sylvia Jiechen, Zorn, J., Zouari, S., Żywucka, N., Acero, F., H. E. S. S. Collaboration, Bryan, M., Büchele, M., Bulik, T., Bylund, T., Caroff, S., Carosi, A., Angüner, E. O., Casanova, S., Chand, T., Chandra, S., Chen, A., Cotter, G., Curyło, M., Mbarubucyeye, Jean Damascene, Davids, I. D., Davies, J., Deil, C., Arcaro, C., Devin, J., Dirson, L., Djannati-Ataï, A., Dmytriiev, A., Donath, A., Doroshenko, V., Dreyer, L., Duffy, C., Dyks, J., Egberts, K., Armand, C., Eichhorn, F., Einecke, S., Emery, G., Ernenwein, J.-P., Feijen, K., Fegan, S., Fiasson, A., Fichet de Clairfontaine, G., Fontaine, G., Funk, S., Armstrong, T., Füssling, Matthias, Gabici, S., Gallant, Y. A., Giavitto, Gianluca, Giunti, L., Glawion, D., Glicenstein, J. F., Grondin, M.-H., Hahn, J., Haupt, Maria, Ashkar, H., Hermann, G., Hinton, J. A., Hofmann, W., Hoischen, C., Holch, Tim Lukas, Holler, M., Hörbe, M., Horns, D., Huber, D., Jamrozy, M., Backes, M., Jankowsky, D., Jankowsky, F., Jardin-Blicq, A., Joshi, V., Jung-Richardt, I., Kasai, E., Kastendieck, M. A., Katarzyński, K., Katz, U., Khangulyan, D., Baghmanyan, V., Khélifi, B., Klepser, S., Kluźniak, W., Komin, Nu., Konno, Ruslan, Kosack, K., Kostunin, D., Kreter, M., Lamanna, G., Lemière, A., 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), 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, Laboratoire Univers et Théories (LUTH (UMR_8102)), 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), 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), 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), 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), Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université de Montpellier (UM)-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), H.E.S.S., Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3), Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2), Gravitation and Astroparticle Physics Amsterdam, and High Energy Astrophys. & Astropart. Phys (API, FNWI)
- Subjects
Photon ,dimension: 3 ,Hadron ,Astrophysics ,GeV ,01 natural sciences ,law.invention ,law ,HESS ,Spectral slope ,site ,High Energy Stereoscopic System ,Ultra-high-energy cosmic ray ,010303 astronomy & astrophysics ,energy spectrum [gamma ray] ,Physics ,energy: high ,cosmic radiation: spectrum ,Gamma ray ,non-thermal [radiation mechanisms] ,3. Good health ,curvature ,3 [dimension] ,high [energy] ,Astrophysics - High Energy Astrophysical Phenomena ,Astrophysics::High Energy Astrophysical Phenomena ,UHE [cosmic radiation] ,Context (language use) ,Cosmic ray ,gamma ray: energy spectrum ,GLAST ,energy [p] ,solids ,cosmic rays ,5/3 ,0103 physical sciences ,data analysis [methods] ,TeV ,spectrum [cosmic radiation] ,cosmic radiation: UHE ,010308 nuclear & particles physics ,Astronomy and Astrophysics ,Particle accelerator ,acceleration ,Galaxy ,p: energy ,Space and Planetary Science ,ddc:520 ,spectral ,galaxy ,[PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph] ,general [gamma rays] ,Energy (signal processing) ,Fermi Gamma-ray Space Telescope - Abstract
The identification of PeVatrons, hadronic particle accelerators reaching the knee of the cosmic ray spectrum (few $10^{15}$ eV), is crucial to understand the origin of cosmic rays in the Galaxy. We provide an update on the unidentified source HESS J1702-420, a promising PeVatron candidate. We present new observations of HESS J1702-420 made with the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), and processed using improved analysis techniques. The analysis configuration was optimized to enhance the collection area at the highest energies. We applied a three-dimensional (3D) likelihood analysis to model the source region and adjust non thermal radiative spectral models to the $\gamma$-ray data. We also analyzed archival data from the Fermi Large Area Telescope (LAT) to constrain the source spectrum at $\gamma$-ray energies >10 GeV. We report the detection of a new source component called HESS J1702-420A, that was separated from the bulk of TeV emission at a $5.4\sigma$ confidence level. The power law $\gamma$-ray spectrum of HESS J1702-420A extends with an index of $\Gamma=1.53\pm0.19_\text{stat}\pm0.20_\text{sys}$ and without curvature up to the energy band 64-113 TeV, in which it was detected by H.E.S.S. at a $4.0\sigma$ confidence level. This brings evidence for the source emission up to $100\,\text{TeV}$, which makes HESS J1702-420A a compelling candidate site for the presence of extremely high energy cosmic rays. Remarkably, in a hadronic scenario, the cut-off energy of the proton distribution powering HESS J1702-420A is found to be higher than 0.5 PeV at a 95% confidence level. HESS J1702-420A becomes therefore one of the most solid PeVatron candidates detected so far in H.E.S.S. data, altough a leptonic origin of its emission could not be ruled out either., Comment: Accepted for publication in the 2. Astrophysical processes section of Astronomy & Astrophysics
- Published
- 2021