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A very-high-energy component deep in the $\gamma$-ray burst afterglow

Authors :
H. Abdalla
R. Adam
F. Aharonian
F. Ait Benkhali
E. O. Angüner
M. Arakawa
C. Arcaro
C. Armand
H. Ashkar
M. Backes
V. Barbosa Martins
M. Barnard
Y. Becherini
D. Berge
K. Bernlöhr
E. Bissaldi
R. Blackwell
M. Böttcher
C. Boisson
J. Bolmont
S. Bonnefoy
J. Bregeon
M. Breuhaus
F. Brun
P. Brun
M. Bryan
M. Büchele
T. Bulik
T. Bylund
M. Capasso
S. Caroff
A. Carosi
S. Casanova
M. Cerruti
T. Chand
S. Chandra
A. Chen
S. Colafrancesco
M. Curyło
I. D. Davids
C. Deil
J. Devin
P. deWilt
L. Dirson
A. Djannati-Ataï
A. Dmytriiev
A. Donath
V. Doroshenko
J. Dyks
K. Egberts
G. Emery
J.-P. Ernenwein
S. Eschbach
K. Feijen
S. Fegan
A. Fiasson
G. Fontaine
S. Funk
M. Füßling
S. Gabici
Y. A. Gallant
F. Gaté
G. Giavitto
L. Giunti
D. Glawion
J. F. Glicenstein
D. Gottschall
M.-H. Grondin
J. Hahn
M. Haupt
G. Heinzelmann
G. Henri
G. Hermann
J. A. Hinton
W. Hofmann
C. Hoischen
T. L. Holch
M. Holler
D. Horns
D. Huber
H. Iwasaki
M. Jamrozy
D. Jankowsky
F. Jankowsky
A. Jardin-Blicq
I. Jung-Richardt
M. A. Kastendieck
K. Katarzyński
M. Katsuragawa
U. Katz
D. Khangulyan
B. Khélifi
J. King
S. Klepser
W. Kluźniak
Nu. Komin
K. Kosack
D. Kostunin
M. Kreter
G. Lamanna
A. Lemière
M. Lemoine-Goumard
J.-P. Lenain
E. Leser
C. Levy
T. Lohse
I. Lypova
J. Mackey
J. Majumdar
D. Malyshev
V. Marandon
A. Marcowith
A. Mares
C. Mariaud
G. Martí-Devesa
R. Marx
G. Maurin
P. J. Meintjes
A. M. W. Mitchell
R. Moderski
M. Mohamed
L. Mohrmann
C. Moore
E. Moulin
J. Muller
T. Murach
S. Nakashima
M. de Naurois
H. Ndiyavala
F. Niederwanger
J. Niemiec
L. Oakes
P. O’Brien
H. Odaka
S. Ohm
E. de Ona Wilhelmi
M. Ostrowski
I. Oya
M. Panter
R. D. Parsons
C. Perennes
P.-O. Petrucci
B. Peyaud
Q. Piel
S. Pita
V. Poireau
A. Priyana Noel
D. A. Prokhorov
H. Prokoph
G. Pühlhofer
M. Punch
A. Quirrenbach
S. Raab
R. Rauth
A. Reimer
O. Reimer
Q. Remy
M. Renaud
F. Rieger
L. Rinchiuso
C. Romoli
G. Rowell
B. Rudak
E. Ruiz-Velasco
V. Sahakian
S. Sailer
S. Saito
D. A. Sanchez
A. Santangelo
M. Sasaki
R. Schlickeiser
F. Schüssler
A. Schulz
H. M. Schutte
U. Schwanke
S. Schwemmer
M. Seglar-Arroyo
M. Senniappan
A. S. Seyffert
N. Shafi
K. Shiningayamwe
R. Simoni
A. Sinha
H. Sol
A. Specovius
M. Spir-Jacob
Ł. Stawarz
R. Steenkamp
C. Stegmann
C. Steppa
T. Takahashi
T. Tavernier
A. M. Taylor
R. Terrier
D. Tiziani
M. Tluczykont
C. Trichard
M. Tsirou
N. Tsuji
R. Tuffs
Y. Uchiyama
D. J. van der Walt
C. van Eldik
C. van Rensburg
B. van Soelen
G. Vasileiadis
J. Veh
C. Venter
P. Vincent
J. Vink
H. J. Völk
T. Vuillaume
Z. Wadiasingh
S. J. Wagner
R. White
A. Wierzcholska
R. Yang
H. Yoneda
M. Zacharias
R. Zanin
A. A. Zdziarski
A. Zech
A. Ziegler
J. Zorn
N. Żywucka
F. de Palma
M. Axelsson
O. J. Roberts
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)
Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Aix Marseille Université (AMU)
Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (LAPP/Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)
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
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM)
Université de Montpellier (UM)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan (CENBG)
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)
AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164))
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)
Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)
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)
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)
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)
Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)
Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG )
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Abdalla, H.
Adam, R.
Aharonian, F.
Ait Benkhali, F.
Anguner, E. O.
Arakawa, M.
Arcaro, C.
Armand, C.
Ashkar, H.
Backes, M.
Barbosa Martins, V.
Barnard, M.
Becherini, Y.
Berge, D.
Bernlohr, K.
Bissaldi, E.
Blackwell, R.
Bottcher, M.
Boisson, C.
Bolmont, J.
Bonnefoy, S.
Bregeon, J.
Breuhaus, M.
Brun, F.
Brun, P.
Bryan, M.
Buchele, M.
Bulik, T.
Bylund, T.
Capasso, M.
Caroff, S.
Carosi, A.
Casanova, S.
Cerruti, M.
Chand, T.
Chandra, S.
Chen, A.
Colafrancesco, S.
Curylo, M.
Davids, I. D.
Deil, C.
Devin, J.
Dewilt, P.
Dirson, L.
Djannati-Atai, A.
Dmytriiev, A.
Donath, A.
Doroshenko, V.
Dyks, J.
Egberts, K.
Emery, G.
Ernenwein, J. -P.
Eschbach, S.
Feijen, K.
Fegan, S.
Fiasson, A.
Fontaine, G.
Funk, S.
Fussling, M.
Gabici, S.
Gallant, Y. A.
Gate, F.
Giavitto, G.
Giunti, L.
Glawion, D.
Glicenstein, J. F.
Gottschall, D.
Grondin, M. -H.
Hahn, J.
Haupt, M.
Heinzelmann, G.
Henri, G.
Hermann, G.
Hinton, J. A.
Hofmann, W.
Hoischen, C.
Holch, T. L.
Holler, M.
Horns, D.
Huber, D.
Iwasaki, H.
Jamrozy, M.
Jankowsky, D.
Jankowsky, F.
Jardin-Blicq, A.
Jung-Richardt, I.
Kastendieck, M. A.
Katarzynski, K.
Katsuragawa, M.
Katz, U.
Khangulyan, D.
Khelifi, B.
King, J.
Klepser, S.
Kluzniak, W.
Komin, N.
Kosack, K.
Kostunin, D.
Kreter, M.
Lamanna, G.
Lemiere, A.
Lemoine-Goumard, M.
Lenain, J. -P.
Leser, E.
Levy, C.
Lohse, T.
Lypova, I.
Mackey, J.
Majumdar, J.
Malyshev, D.
Marandon, V.
Marcowith, A.
Mares, A.
Mariaud, C.
Marti-Devesa, G.
Marx, R.
Maurin, G.
Meintjes, P. J.
Mitchell, A. M. W.
Moderski, R.
Mohamed, M.
Mohrmann, L.
Moore, C.
Moulin, E.
Muller, J.
Murach, T.
Nakashima, S.
de Naurois, M.
Ndiyavala, H.
Niederwanger, F.
Niemiec, J.
Oakes, L.
O'Brien, P.
Odaka, H.
Ohm, S.
de Ona Wilhelmi, E.
Ostrowski, M.
Oya, I.
Panter, M.
Parsons, R. D.
Perennes, C.
Petrucci, P. -O.
Peyaud, B.
Piel, Q.
Pita, S.
Poireau, V.
Priyana Noel, A.
Prokhorov, D. A.
Prokoph, H.
Puhlhofer, G.
Punch, M.
Quirrenbach, A.
Raab, S.
Rauth, R.
Reimer, A.
Reimer, O.
Remy, Q.
Renaud, M.
Rieger, F.
Rinchiuso, L.
Romoli, C.
Rowell, G.
Rudak, B.
Ruiz-Velasco, E.
Sahakian, V.
Sailer, S.
Saito, S.
Sanchez, D. A.
Santangelo, A.
Sasaki, M.
Schlickeiser, R.
Schussler, F.
Schulz, A.
Schutte, H. M.
Schwanke, U.
Schwemmer, S.
Seglar-Arroyo, M.
Senniappan, M.
Seyffert, A. S.
Shafi, N.
Shiningayamwe, K.
Simoni, R.
Sinha, A.
Sol, H.
Specovius, A.
Spir-Jacob, M.
Stawarz, L.
Steenkamp, R.
Stegmann, C.
Steppa, C.
Takahashi, T.
Tavernier, T.
Taylor, A. M.
Terrier, R.
Tiziani, D.
Tluczykont, M.
Trichard, C.
Tsirou, M.
Tsuji, N.
Tuffs, R.
Uchiyama, Y.
van der Walt, D. J.
van Eldik, C.
van Rensburg, C.
van Soelen, B.
Vasileiadis, G.
Veh, J.
Venter, C.
Vincent, P.
Vink, J.
Volk, H. J.
Vuillaume, T.
Wadiasingh, Z.
Wagner, S. J.
White, R.
Wierzcholska, A.
Yang, R.
Yoneda, H.
Zacharias, M.
Zanin, R.
Zdziarski, A. A.
Zech, A.
Ziegler, A.
Zorn, J.
Zywucka, N.
de Palma, F.
Axelsson, M.
Roberts, O. J.
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)
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 (UB)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG )
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)
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)
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
26598973 - Abdalla, Hassan
30588766 - Arcaro, Cornelia
28644743 - Backes, Michael
20574266 - Barnard, Monica
24420530 - Böttcher, Markus
30366755 - Chand, Tej B.
31125417 - Chandra, Sunil
26403366 - Ndiyavala, Hambeleleni
22799133 - Schutte, Hester M.
20126999 - Seyffert, Albertus Stefanus
10060499 - Van der Walt, Diederick Johannes
21106266 - Van Rensburg, Carlo
12006653 - Venter, Christo
26594080 - Wadiasingh, Zorawar
29092086 - Zacharias, Michael
34208968 - Zywucka-Hejzner, Natalia
33379009 - Kreter, Michael
Faculty of Science
High Energy Astrophys. & Astropart. Phys (API, FNWI)
Source :
Nature, Nature, 2019, 575 (7783), pp.464-467. ⟨10.1038/s41586-019-1743-9⟩, Nature, 575(7783), 464-467. Nature Publishing Group
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

Gamma-ray bursts (GRBs) are brief flashes of gamma rays, considered to be the most energetic explosive phenomena in the Universe. The emission from GRBs comprises a short (typically tens of seconds) and bright prompt emission, followed by a much longer afterglow phase. During the afterglow phase, the shocked outflow -- produced by the interaction between the ejected matter and the circumburst medium -- slows down, and a gradual decrease in brightness is observed. GRBs typically emit most of their energy via gamma-rays with energies in the kiloelectronvolt-to-megaelectronvolt range, but a few photons with energies of tens of gigaelectronvolts have been detected by space-based instruments. However, the origins of such high-energy (above one gigaelectronvolt) photons and the presence of very-high-energy (more than 100 gigaelectronvolts) emission have remained elussive. Here we report observations of very-high-energy emission in the bright GRB 180720B deep in the GRB afterglow -ten hours after the end of the prompt emission phase, when the X-ray flux had already decayed by four orders of magnitude. Two possible explanations exist for the observed radiation: inverse Compton emission and synchrotron emission of ultrarelativistic electrons. Our observations show that the energy fluxes in the X-ray and gamma-ray range and their photon indices remain comparable to each other throughout the afterglow. This discovery places distinct constraints on the GRB environment for both emission mechanisms, with the inverse Compton explanation alleviating the particle energy requirements for the emission observed at late times. The late timing of this detection has consequences for the future observations of GRBs at the highest energies.<br />Comment: Preprint version of Nature paper. Contacts: E.Ruiz-Velasco, F. Aharonian, E.Bissaldi, C.Hoischen, R.D Parsons, Q.Piel, A.Taylor, D.Khangulyan

Details

Language :
English
ISSN :
00280836
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature, Nature, 2019, 575 (7783), pp.464-467. ⟨10.1038/s41586-019-1743-9⟩, Nature, 575(7783), 464-467. Nature Publishing Group
Accession number :
edsair.doi.dedup.....60f7f4fd422e7698ec3545f08b3f1e1b
Full Text :
https://doi.org/10.1038/s41586-019-1743-9⟩