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Observations of M31 and M33 with the Fermi Large Area Telescope: A Galactic Center Excess in Andromeda?

Authors :
Jiancheng Wang
Diego F. Torres
Marco Ajello
S. Cutini
Jürgen Knödlseder
L. Latronico
F. Loparco
Ronaldo Bellazzini
R. A. Cameron
S. Rainò
J. F. Ormes
I. A. Grenier
E. Cavazzuti
David H. Green
Gloria Spandre
Jingcheng Li
G. Barbiellini
Andrea Albert
P. Spinelli
R. Buehler
P. Bruel
G. La Mura
Eric Charles
Xian Hou
Nicola Omodei
Kazuhiko Hayashi
Peter F. Michelson
Marcello Giroletti
M. N. Mazziotta
N. Di Lalla
Luca Baldini
Francesco Longo
Jean Ballet
M. Caragiulo
F. Gargano
Giacomo Principe
Claudia Cecchi
D. Malyshev
Sylvain Guiriec
Carmelo Sgrò
Riccardo Rando
Frederic Piron
E. J. Siskind
D. Simone
David Paneque
P. Martin
E. Orlando
M. Razzano
R. Bonino
Filippo D'Ammando
Johan Bregeon
K. Tanaka
A. Chekhtman
C. Favuzzi
Yasunobu Uchiyama
Nestor Mirabal
Elliott D. Bloom
P. Fusco
Matthew Wood
Warit Mitthumsiri
M. Kuss
M. Di Mauro
Matteo Negro
A. Morselli
Francesco Giordano
Stefan Funk
P. Lubrano
F. Spada
R. Caputo
Igor V. Moskalenko
Stefan Larsson
Gabrijela Zaharijas
Olaf Reimer
Melissa Pesce-Rollins
Tsunefumi Mizuno
S. W. Digel
G. Chiaro
R. Desiante
Ming Zhou
Miguel A. Sánchez-Conde
K. S. Wood
T. Ohsugi
Eleonora Troja
T. J. Brandt
L. Di Venere
E. Nuss
Gudlaugur Johannesson
M. E. Monzani
Lucas Guillemot
M. Ackermann
S. Maldera
F. Costanza
T. Kamae
L. Tibaldo
Nicola Giglietto
Elisabetta Bissaldi
Massimo Persic
P. A. Caraveo
T. Glanzman
Denis Bastieri
S. Ciprini
F. de Palma
Eugenio Bottacini
Alberto Manfreda
Albert K. H. Kong
T. A. Porter
Ackermann, M.
Ajello, M.
Albert, A.
Baldini, L.
Ballet, J.
Barbiellini, G.
Bastieri, D.
Bellazzini, R.
Bissaldi, E.
Bloom, E. D.
Bonino, R.
Bottacini, E.
Brandt, T. J.
Bregeon, J.
Bruel, P.
Buehler, R.
Cameron, R. A.
Caputo, R.
Caragiulo, M.
Caraveo, P. A.
Cavazzuti, E.
Cecchi, C.
Charles, E.
Chekhtman, A.
Chiaro, G.
Ciprini, S.
Costanza, F.
Cutini, S.
D'Ammando, F.
De Palma, F.
Desiante, R.
Digel, S. W.
Di Lalla, N.
Di Mauro, M.
Di Venere, L.
Favuzzi, C.
Funk, S.
Fusco, P.
Gargano, F.
Giglietto, N.
Giordano, F.
Giroletti, M.
Glanzman, T.
Green, D.
Grenier, I. A.
Guillemot, L.
Guiriec, S.
Hayashi, K.
Hou, X.
Jóhannesson, G.
Kamae, T.
Knödlseder, J.
Kong, A. K. H.
Kuss, M.
Mura, G. La
Larsson, S.
Latronico, L.
Li, J.
Longo, Francesco
Loparco, F.
Lubrano, P.
Maldera, S.
Malyshev, D.
Manfreda, A.
Martin, P.
Mazziotta, M. N.
Michelson, P. F.
Mirabal, N.
Mitthumsiri, W.
Mizuno, T.
Monzani, M. E.
Morselli, A.
Moskalenko, I. V.
Negro, M.
Nuss, E.
Ohsugi, T.
Omodei, N.
Orlando, E.
Ormes, J. F.
Paneque, D.
Persic, M.
Pesce Rollins, M.
Piron, F.
Porter, T. A.
Principe, G.
Rainò, S.
Rando, R.
Razzano, M.
Reimer, O.
Sánchez Conde, M.
Sgrò, C.
Simone, D.
Siskind, E. J.
Spada, F.
Spandre, G.
Spinelli, P.
Tanaka, K.
Tibaldo, L.
Torres, D. F.
Troja, E.
Uchiyama, Y.
Wang, J. C.
Wood, K. S.
Wood, M.
Zaharijas, G.
Zhou, M.
Deutsches Elektronen-Synchrotron [Hamburg] (DESY)
Department of Physics and Astronomy [Clemson]
Clemson University
Los Alamos National Laboratory (LANL)
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare [Pisa] (INFN)
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN)
Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR_7158 / UMR_E_9005 / UM_112))
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste (INFN, Sezione di Trieste)
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova (INFN, Sezione di Padova)
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, sezione di Bari (INFN, sezione di Bari)
Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC)
Stanford University
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)
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino (INFN, Sezione di Torino)
NASA Goddard Space Flight Center (GSFC)
Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)
Deutsches Elektronen-Synchrotron [Zeuthen] (DESY)
Helmholtz-Gemeinschaft = Helmholtz Association
Santa Cruz Institute for Particle Physics (SCIPP)
University of California [Santa Cruz] (UCSC)
University of California-University of California
Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica - Milano (IASF-MI)
Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)
Agenzia Spaziale Italiana (ASI) Science Data Center
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia (INFN, Sezione di Perugia)
George Mason University [Fairfax]
Universita degli Studi di Padova
Istituto di Radioastronomia [Bologna] (IRA)
Erlangen Centre for Astroparticle Physics (ECAP)
Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Unité Scientifique de la Station de Nançay (USN)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)
Department of Astrophysics [Nagoya]
Nagoya University
Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences
Science Institute, University of Iceland
University of Iceland [Reykjavik]
Tokyo University of Science [Tokyo]
Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
National Tsing Hua University [Hsinchu] (NTHU)
DIEE
University of Cagliari
Royal Institute of Technology [Stockholm] (KTH )
Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC-CSIC)
Mahidol University [Bangkok]
Hiroshima University
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma Tor Vergata (INFN, Sezione di Roma Tor Vergata)
Department of Physics and Astronomy [Denver]
University of Denver
Max-Planck-Institut für Physik (Werner-Heisenberg-Institut) (MPI-P)
INAF - Osservatorio Astronomico di Trieste (OAT)
Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
Leopold-Franzens Universitat Innsbruck
Stockholm University
NYCB Real-Time Computing Inc., Lattingtown
NYCB Real-Time Computing Inc. [Lattingtown]
Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK)
Max-Planck-Gesellschaft
Institut de Ciencies de l'Espai [Barcelona] (ICE-CSIC)
Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC)
Rikkyo University [Tokyo]
Università degli Studi di Udine - University of Udine [Italie]
ITA
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)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
University of California [Santa Cruz] (UC Santa Cruz)
University of California (UC)-University of California (UC)
Università degli Studi di Padova = University of Padua (Unipd)
Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC)
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 d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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)
Universität Innsbruck [Innsbruck]
Ackermann M
Ajello M
Albert A
Baldini L
Ballet J
Barbiellini G
Bastieri D
Bellazzini R
Bissaldi E
Bloom E D
Bonino R
Bottacini E
Brandt T J
Bregeon J
Bruel P
Buehler R
Cameron R A
Caputo R
Caragiulo M
Caraveo P A
Cavazzuti E
Cecchi C
Charles E
Chekhtman A
Chiaro G
Ciprini S
Costanza F
Cutini S
DAmmando F
de Palma F
Desiante R
Digel S W
Di Lalla N
Di Mauro M
Di Venere L
Favuzzi C
Funk S
Fusco P
Gargano F
Giglietto N
Giordano F
Giroletti M
Glanzman T
Green D
Grenier I A
Guillemot L
Guiriec S
Hayashi K
Hou X
Jóhannesson G
Kamae T
Knödlseder J
Kong A K H
Kuss M
La Mura G
Larsson S
Latronico L
Li J
Longo F
Loparco F
Lubrano P
Maldera S
Malyshev D
Manfreda A
Martin P
Mazziotta M N
Michelson P F
Mirabal N
Mitthumsiri W
Mizuno T
Monzani M E
Morselli A
Moskalenko I V
Negro M
Nuss E
Ohsugi T
Omodei N
Orlando E
Ormes J F
Paneque D
Persic M
Pesce-Rollins M
Piron F
Porter T A
Principe G
Rainò S
Rando R
Razzano M
Reimer O
Sánchez-Conde M
Sgrò C
Simone D
Siskind E J
Spada F
Spandre G
Spinelli P
Tanaka K
Tibaldo L
Torres D F
Troja E
Uchiyama Y
Wang J C
Wood K S
Wood M
Zaharijas G
Zhou M
National Institute for Nuclear Physics (INFN)
Stanford University [Stanford]
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)
Helmholtz-Gemeinschaft
Istituto di Radioastronomia INAF
Université d'Orléans (UO)-Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC)
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
PSL Research University (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Department of Astrophysics
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Spain] (CSIC)
Source :
The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal, American Astronomical Society, 2017, 836, pp.208-208. ⟨10.3847/1538-4357/aa5c3d⟩, The Astrophysical Journal, 2017, 836, pp.208. ⟨10.3847/1538-4357/aa5c3d⟩, The astrophysical journal / 1 836(2), 208 (2017). doi:10.3847/1538-4357/aa5c3d
Publication Year :
2017
Publisher :
Institute of Physics Publishing, 2017.

Abstract

The Fermi LAT has opened the way for comparative studies of cosmic rays (CRs) and high-energy objects in the Milky Way (MW) and in other, external, star-forming galaxies. Using 2 yr of observations with the Fermi LAT, local Group galaxy M31 was detected as a marginally extended gamma-ray source, while only an upper limit (UL) has been derived for the other nearby galaxy M33. We revisited the gamma-ray emission in the direction of M31 and M33 using more than 7 yr of LAT Pass 8 data in the energy range 0.1-100 GeV, presenting detailed morphological and spectral analyses. M33 remains undetected and we computed an UL for it. This revised UL remains consistent with the observed correlation between gamma-ray luminosity and star-formation rate tracers and implies an average CR density in M33 that is at most half of that of the MW. M31 is detected with a significance of nearly 10 sigma and to be extended with 4 sigma. Its spectrum is consistent with a power law. The spatial distribution of the emission is consistent with a uniform disk with a radius of 0.4 deg and no offset from the center of M31, but nonuniform intensity distributions cannot be excluded. The flux from M31 appears confined to the inner regions of the galaxy and does not fill the disk or extend far from it. The gamma-ray signal is not correlated with regions rich in gas or star-formation activity suggesting that the emission is not interstellar in origin, unless the energetic particles radiating in gamma rays do not originate in recent star formation. Alternative and nonexclusive interpretations are that the emission results from a population of millisecond pulsars dispersed in the bulge and disk of M31 by disrupted globular clusters or from the decay or annihilation of dark matter particles, similar to what has been proposed to account for the so-called Galactic Center excess found in Fermi-LAT observations of the MW.<br />Comment: 14 pages, 7 figures, 4 tables

Details

Language :
English
ISSN :
0004637X and 15384357
Database :
OpenAIRE
Journal :
The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal, American Astronomical Society, 2017, 836, pp.208-208. ⟨10.3847/1538-4357/aa5c3d⟩, The Astrophysical Journal, 2017, 836, pp.208. ⟨10.3847/1538-4357/aa5c3d⟩, The astrophysical journal / 1 836(2), 208 (2017). doi:10.3847/1538-4357/aa5c3d
Accession number :
edsair.doi.dedup.....6a41a44f6f949143fde89a325688843c