Back to Search Start Over

Interstellar anatomy of the TeV gamma-ray peak in the IC443 supernova remnant

Authors :
Maryvonne Gerin
F. Louvet
Le Ngoc Tram
Alberto Noriega-Crespo
Rolf Güsten
Marco Padovani
Pierre Guillard
Antoine Gusdorf
Pierre Lesaffre
Denise Riquelme
Alexandre Marcowith
P. Dell'Ova
A. Lehmann
Martin Houde
Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Cergy Pontoise (UCP)
Université Paris-Seine-Université Paris-Seine-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Astrophysique
Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Sorbonne Université (SU)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-Sorbonne Université (SU)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)
Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique (LERMA (UMR_8112))
Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CY Cergy Paris Université (CY)
Space Telescope Science Institute (STSci)
Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA)
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt [Stuttgart] (DLR)-NASA Ames Research Center (ARC)-Universities Space Research Association (USRA)
Institut de Recherche en Immunologie et en Cancérologie [UdeM-Montréal] (IRIC)
Université de Montréal (UdeM)
Institut d'astrophysique spatiale (IAS)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Ecole Normale Supérieure
Université Marien Ngouabi
Storengy France
Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM)
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)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Laboratoire d'Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique et Atmosphères = Laboratory for Studies of Radiation and Matter in Astrophysics and Atmospheres (LERMA)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CY Cergy Paris Université (CY)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Département de Physique de l'ENS-PSL
Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIFR)
NASA Ames Research Center (ARC)-Universities Space Research Association (USRA)-Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt [Stuttgart] (DLR)
University of Western Ontario (UWO)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES)
Institut d'Astrophysique de Paris (IAP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de physique de l'ENS - ENS Paris (LPENS (UMR_8023))
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)
Source :
Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2020, 644, pp.A64. ⟨10.1051/0004-6361/202038339⟩, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2020, 644, pp.A64. ⟨10.1051/0004-6361/202038339⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
arXiv, 2020.

Abstract

Context.Supernova remnants (SNRs) represent a major feedback source from stars in the interstellar medium of galaxies. During the latest stage of supernova explosions, shock waves produced by the initial blast modify the chemistry of gas and dust, inject kinetic energy into the surroundings, and may alter star formation characteristics. Simultaneously,γ-ray emission is generated by the interaction between the ambient medium and cosmic rays (CRs), including those accelerated in the early stages of the explosion.Aims.We study the stellar and interstellar contents of IC443, an evolved shell-type SNR at a distance of 1.9 kpc with an estimated age of 30 kyr. We aim to measure the mass of the gas and characterize the nature of infrared point sources within the extended G region, which corresponds to the peak ofγ-ray emission detected by VERITAS andFermi.Methods.We performed 10′ × 10′ mapped observations of12CO,13COJ= 1–0,J= 2–1, andJ= 3–2 pure rotational lines, as well as C18OJ= 1–0 andJ= 2–1 obtained with the IRAM 30 m and APEX telescopes over the extent of theγ-ray peak to reveal the molecular structure of the region. We first compared our data with local thermodynamic equilibrium models. We estimated the optical depth of each line from the emission of the isotopologs13CO and C18O. We used the population diagram and large velocity gradient assumption to measure the column density, mass, and kinetic temperature of the gas using12CO and13CO lines. We used complementary data (stars, gas, and dust at multiple wavelengths) and infrared point source catalogs to search for protostar candidates.Results.Our observations reveal four molecular structures: a shocked molecular clump associated with emission lines extending between −31 and 16 km s−1, a quiescent, dark cloudlet associated with a line width of ~2 km s−1, a narrow ring-like structure associated with a line width of ~1.5 km s−1, and a shocked knot. We measured a total mass of ~230, ~90, ~210, and ~4M⊙, respectively, for the cloudlet, ring-like structure, shocked clump, and shocked knot. We measured a mass of ~1100M⊙throughout the rest of the field of observations where an ambient cloud is detected. We found 144 protostar candidates in the region.Conclusions.Our results emphasize how the mass associated with the ring-like structure and the cloudlet cannot be overlooked when quantifying the interaction of CRs with the dense local medium. Additionally, the presence of numerous possible protostars in the region might represent a fresh source of CRs, which must also be taken into account in the interpretation ofγ-ray observationsin this region.

Details

ISSN :
00046361
Database :
OpenAIRE
Journal :
Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2020, 644, pp.A64. ⟨10.1051/0004-6361/202038339⟩, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2020, 644, pp.A64. ⟨10.1051/0004-6361/202038339⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....67cb20e48a8e806efa0803310ca7acdc
Full Text :
https://doi.org/10.48550/arxiv.2011.11515