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Acceleration of petaelectronvolt protons in the Galactic Centre

Authors :
Hess, Collaboration
Abramowski, A.
Aharonian, F.
Benkhali, F. Ait
Akhperjanian, A. G.
Angã¼ner, E. O.
Backes, M.
Balzer, A.
Becherini, Y.
Tjus, J. Becker
Berge, D.
Bernhard, S.
Bernlã¶hr, K.
Birsin, E.
Blackwell, R.
Bã¶ttcher, M.
Boisson, C.
Bolmont, J.
Bordas, P.
Bregeon, J.
Brun, F.
Brun, P.
Bryan, M.
Bulik, T.
Carr, J.
Casanova, S.
Chakraborty, N.
Chalme-Calvet, R.
Chaves, R. C. G.
Chen, A.
Chrã©tien, M.
Colafrancesco, S.
Cologna, G.
Conrad, J.
Couturier, C.
Cui, Y.
Davids, I. D.
Degrange, B.
Deil, C.
Dewilt, P.
Djannati-Ataã¯, A.
Domainko, W.
Donath, A.
Drury, L. O. C.
Dubus, G.
Dutson, K.
Dyks, J.
Dyrda, M.
Edwards, T.
Egberts, K.
Eger, P.
Ernenwein, J. -P
Espigat, P.
Farnier, C.
Fegan, S.
Feinstein, F.
Fernandes, M. V.
Fernandez, D.
Fiasson, A.
Fontaine, G.
Fã¶rster, A.
Fã¼ãÿling, M.
Gabici, S.
Gajdus, M.
Gallant, Y. A.
Garrigoux, T.
Giavitto, G.
Giebels, B.
Glicenstein, J. F.
Gottschall, D.
Goyal, A.
Grondin, M. -H
Grudziå„ska, M.
Hadasch, D.
Hã¤ffner, S.
Hahn, J.
Hawkes, J.
Heinzelmann, G.
Henri, G.
Hermann, G.
Hervet, O.
Hillert, A.
Hinton, J. A.
Hofmann, W.
Hofverberg, P.
Hoischen, C.
Holler, M.
Horns, D.
Ivascenko, A.
Jacholkowska, A.
Jamrozy, M.
Janiak, M.
Jankowsky, F.
Jung-Richardt, I.
Kastendieck, M. A.
Katarzyå„ski, K.
Katz, U.
Kerszberg, D.
Khã©lifi, B.
Kieffer, M.
Klepser, S.
Klochkov, D.
Kluåºniak, W.
Kolitzus, D.
Komin, Nu
Kosack, K.
Krakau, S.
Krayzel, F.
Krã¼ger, P. P.
Laffon, H.
Lamanna, G.
Lau, J.
Lefaucheur, J.
Lefranc, V.
Lemiã©re, A.
Lemoine-Goumard, M.
Lenain, J. -P
Lohse, T.
Lopatin, A.
Lu, C. -C
Lui, R.
Marandon, V.
Marcowith, A.
Mariaud, C.
Marx, R.
Maurin, G.
Maxted, N.
Mayer, M.
Meintjes, P. J.
Menzler, U.
Meyer, M.
Mitchell, A. M. W.
Moderski, R.
Mohamed, M.
Morã¥, K.
Moulin, E.
Murach, T.
Naurois, M.
Niemiec, J.
Oakes, L.
Odaka, H.
Öttl, S.
Ohm, S.
Opitz, B.
Ostrowski, M.
Oya, I.
Panter, M.
Parsons, R. D.
Arribas, M. Paz
Pekeur, N. W.
Pelletier, G.
Petrucci, P. -O
Peyaud, B.
Pita, S.
Poon, H.
Prokoph, H.
Pã¼hlhofer, G.
Punch, M.
Quirrenbach, A.
Raab, S.
Ignasi Reichardt
Reimer, A.
Reimer, O.
Renaud, M.
Los Reyes, R.
Rieger, F.
Romoli, C.
Rosier-Lees, S.
Rowell, G.
Rudak, B.
Rulten, C. B.
Sahakian, V.
Salek, D.
Sanchez, D. A.
Santangelo, A.
Sasaki, M.
Schlickeiser, R.
Schã¼ssler, F.
Schulz, A.
Schwanke, U.
Schwemmer, S.
Seyffert, A. S.
Simoni, R.
Sol, H.
Spanier, F.
Spengler, G.
Spies, F.
Stawarz, Ł
Steenkamp, R.
Stegmann, C.
Stinzing, F.
Stycz, K.
Sushch, I.
Tavernet, J. -P
Tavernier, T.
Taylor, A. M.
Terrier, R.
Tluczykont, M.
Trichard, C.
Tuffs, R.
Valerius, K.
Walt, J.
Eldik, C.
Soelen, B.
Vasileiadis, G.
Veh, J.
Venter, C.
Viana, A.
Vincent, P.
Vink, J.
Voisin, F.
Vã¶lk, H. J.
Vuillaume, T.
Wagner, S. J.
Wagner, P.
Wagner, R. M.
Weidinger, M.
Weitzel, Q.
White, R.
Wierzcholska, A.
Willmann, P.
Wã¶rnlein, A.
Wouters, D.
Yang, R.
Zabalza, V.
Zaborov, D.
Zacharias, M.
Zdziarski, A. A.
Zech, A.
Zefi, F.
Żywucka, N.
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)
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)
AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164))
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)
Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM)
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)
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)
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)
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)
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)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)
H. E. S. S.
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)-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)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules (LAPP/Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules)
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)
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)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Aix Marseille Université (AMU)
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
24420530 - Böttcher, Markus
13146629 - Davids, Isak Delberth
24790052 - Ivascenko, Alex
23909196 - Casanova, Sabrina
11749903 - Krüger, Petrus Paulus
22050574 - Pekeur, Nicolette Whilna
25161814 - Spanier, Felix Alexander
12006653 - Venter, Christo
24922986 - Sushch, Iurii
Gravitation and Astroparticle Physics Amsterdam
High Energy Astrophys. & Astropart. Phys (API, FNWI)
Source :
Nature, Nature, Nature Publishing Group, 2016, 531, pp.476-479. ⟨10.1038/nature17147⟩, ResearcherID, Nature, 2016, 531, pp.476-479. ⟨10.1038/nature17147⟩, Nature 531(7595), 476-479 (2016). doi:10.1038/nature17147, Nature, 531(7595), 476-479. Nature Publishing Group
Publication Year :
2016

Abstract

Galactic cosmic rays reach energies of at least a few Peta-electronvolts (1 PeV =$10^\mathbf{15}$ electron volts). This implies our Galaxy contains PeV accelerators (PeVatrons), but all proposed models of Galactic cosmic-ray accelerators encounter non-trivial difficulties at exactly these energies. Tens of Galactic accelerators capable of accelerating particle to tens of TeV (1 TeV =$10^\mathbf{12}$ electron volts) energies were inferred from recent gamma-ray observations. None of the currently known accelerators, however, not even the handful of shell-type supernova remnants commonly believed to supply most Galactic cosmic rays, have shown the characteristic tracers of PeV particles: power-law spectra of gamma rays extending without a cutoff or a spectral break to tens of TeV. Here we report deep gamma-ray observations with arcminute angular resolution of the Galactic Centre regions, which show the expected tracer of the presence of PeV particles within the central 10~parsec of the Galaxy. We argue that the supermassive black hole Sagittarius A* is linked to this PeVatron. Sagittarius A* went through active phases in the past, as demonstrated by X-ray outbursts and an outflow from the Galactic Centre. Although its current rate of particle acceleration is not sufficient to provide a substantial contribution to Galactic cosmic rays, Sagittarius A* could have plausibly been more active over the last $\gtrsim 10^{6-7}$ years, and therefore should be considered as a viable alternative to supernova remnants as a source of PeV Galactic cosmic rays.<br />Comment: 29 pages, 7 figures, 3 tables, in press, for official published article see http://www.nature.com/nature/journal/v531/n7595/full/nature17147.html

Details

Language :
English
ISSN :
00280836, 14764679, and 14764687
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nature, Nature, Nature Publishing Group, 2016, 531, pp.476-479. ⟨10.1038/nature17147⟩, ResearcherID, Nature, 2016, 531, pp.476-479. ⟨10.1038/nature17147⟩, Nature 531(7595), 476-479 (2016). doi:10.1038/nature17147, Nature, 531(7595), 476-479. Nature Publishing Group
Accession number :
edsair.doi.dedup.....b8096c41e26e40b7f44bbd4e8f24ff32
Full Text :
https://doi.org/10.1038/nature17147⟩