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VHE gamma-ray emission of PKS 2155-304: spectral and temporal variability

Authors :
HESS Collaboration
Abramowski, A.
Acero, F.
Aharonian, F.
Akhperjanian, A. G.
Anton, G.
de Almeida, U. Barres
Bazer-Bachi, A. R.
Becherini, Y.
Behera, B.
Benbow, W.
Bernlohr, K.
Bochow, A.
Boisson, C.
Bolmont, J.
Borrel, V.
Brucker, J.
Brun, F.
Brun, P.
Buhler, R.
Bulik, T.
Busching, I.
Boutelier, T.
Chadwick, P. M.
Charbonnier, A.
Chaves, R. C. G.
Cheesebrough, A.
Conrad, J.
Chounet, L. -M.
Clapson, A. C.
Coignet, G.
Costamante, L.
Dalton, M.
Daniel, M. K.
Davids, I. D.
Degrange, B.
Deil, C.
Dickinson, H. J.
Djannati-Atai, A.
Domainko, W.
Drury, L. O'C.
Dubois, F.
Dubus, G.
Dyks, J.
Dyrda, M.
Egberts, K.
Eger, P.
Espigat, P.
Fallon, L.
Farnier, C.
Fegan, S.
Feinstein, F.
Fernandes, M. V.
Fiasson, A.
Foerster, A.
Fontaine, G.
Fussling, M.
Gabici, S.
Gallant, Y. A.
Gerard, L.
Gerbig, D.
Giebels, B.
Glicenstein, J. F.
Glueck, B.
Goret, P.
Goering, D.
Hampf, D.
Hauser, M.
Heinz, S.
Heinzelmann, G.
Henri, G.
Hermann, G.
Hinton, J. A.
Hoffmann, A.
Hofmann, W.
Hofverberg, P.
Holleran, M.
Hoppe, S.
Horns, D.
Jacholkowska, A.
de Jager, O. C.
Jahn, C.
Jung, I.
Katarzynski, K.
Katz, U.
Kaufmann, S.
Kerschhaggl, M.
Khangulyan, D.
Khelifi, B.
Keogh, D.
Klochkov, D.
Kluzniak, W.
Kneiske, T.
Komin, Nu.
Kosack, K.
Kossakowski, R.
Lamanna, G.
Lenain, J. -P.
Lohse, T.
Lu, C. -C.
Marandon, V.
Marcowith, A.
Masbou, J.
Maurin, D.
McComb, T. J. L.
Medina, M. C.
Mehault, J.
Moderski, R.
Moulin, E.
Naumann-Godo, M.
de Naurois, M.
Nedbal, D.
Nekrassov, D.
Nguyen, N.
Nicholas, B.
Niemiec, J.
Nolan, S. J.
Ohm, S.
Olive, J-F.
Wilhelmi, E. de Ona
Opitz, B.
Orford, K. J.
Ostrowski, M.
Panter, M.
Arribas, M. Paz
Pedaletti, G.
Pelletier, G.
Petrucci, P. -O.
Pita, S.
Puehlhofer, G.
Punch, M.
Quirrenbach, A.
Raubenheimer, B. C.
Raue, M.
Rayner, S. M.
Reimer, O.
Renaud, M.
Reyes, R. de los
Rieger, F.
Ripken, J.
Rob, L.
Rosier-Lees, S.
Rowell, G.
Rudak, B.
Rulten, C. B.
Ruppel, J.
Ryde, F.
Sahakian, V.
Santangelo, A.
Schlickeiser, R.
Schoeck, F. M.
Schoenwald, A.
Schwanke, U.
Schwarzburg, S.
Schwemmer, S.
Shalchi, A.
Sushch, I.
Sikora, M.
Skilton, J. L.
Sol, H.
Stawarz, L.
Steenkamp, R.
Stegmann, C.
Stinzing, F.
Superina, G.
Szostek, A.
Tam, P. H.
Tavernet, J. -P.
Terrier, R.
Tibolla, O.
Tluczykont, M.
Valerius, K.
van Eldik, C.
Vasileiadis, G.
Venter, C.
Venter, L.
Vialle, J. P.
Viana, A.
Vincent, P.
Vivier, M.
Voelk, H. J.
Volpe, F.
Vorobiov, S.
Wagner, S. J.
Ward, M.
Zdziarski, A. A.
Zech, A.
Zechlin, H. -S.
Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble (LAOG)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules (LPTA)
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 d'étude spatiale des rayonnements (CESR)
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)
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)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire Univers et Théories (LUTH (UMR_8102))
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris
Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies (LPNHE)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-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 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 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)
APC - Astrophysique des Hautes Energies (APC - AHE)
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)-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)-Alma Mater Studiorum Università di Bologna [Bologna] (UNIBO)
HESS
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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)
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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)
Dipartimento di Astronomia, Universita degli Studi di Bologna
Università di Bologna [Bologna] (UNIBO)-Università di Bologna [Bologna] (UNIBO)-AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164))
PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-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
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)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées
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)
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 Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École polytechnique (X)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)
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)-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)-Dipartimento di Astronomia, Universita degli Studi di Bologna
Alma Mater Studiorum Università di Bologna [Bologna] (UNIBO)-Alma Mater Studiorum Università di Bologna [Bologna] (UNIBO)
Source :
Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2010, 520, pp.A83, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2010, 520, pp.A83. ⟨10.1051/0004-6361/201014484⟩, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2010, 520, pp.A83. ⟨10.1051/0004-6361/201014484⟩, HAL
Publication Year :
2010
Publisher :
HAL CCSD, 2010.

Abstract

Observations of very high energy gamma-rays from blazars provide information about acceleration mechanisms occurring in their innermost regions. Studies of variability in these objects allow a better understanding of the mechanisms at play. To investigate the spectral and temporal variability of VHE (>100 GeV) gamma-rays of the well-known high-frequency-peaked BL Lac object PKS 2155-304 with the H.E.S.S. imaging atmospheric Cherenkov telescopes over a wide range of flux states. Data collected from 2005 to 2007 are analyzed. Spectra are derived on time scales ranging from 3 years to 4 minutes. Light curve variability is studied through doubling timescales and structure functions, and is compared with red noise process simulations. The source is found to be in a low state from 2005 to 2007, except for a set of exceptional flares which occurred in July 2006. The quiescent state of the source is characterized by an associated mean flux level of 4.32 +/-0.09 x 10^-11 cm^-2 s^-1 above 200 GeV, or approximately 15% of the Crab Nebula, and a power law photon index of 3.53 +/-0.06. During the flares of July 2006, doubling timescales of ~2 min are found. The spectral index variation is examined over two orders of magnitude in flux, yielding different behaviour at low and high fluxes,which is a new phenomenon in VHE gamma-ray emitting blazars. The variability amplitude characterized by the fractional r.m.s. is strongly energy-dependent and is proportional to E^(0.19 +/- 0.01). The light curve r.m.s. correlates with the flux. This is the signature of a multiplicative process which can be accounted for as a red noise with a Fourier index of ~2. This unique data set shows evidence for a low level gamma-ray emission state from PKS 2155-304, which possibly has a different origin than the outbursts. The discovery of the light curve lognormal behaviour might be an indicator ..<br />17 pages, 13 figures, Accepted for publication to Astronomy & Astrophysics

Details

Language :
English
ISSN :
00046361
Database :
OpenAIRE
Journal :
Astronomy and Astrophysics-A&A, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2010, 520, pp.A83, Astronomy and Astrophysics-A&A, 2010, 520, pp.A83. ⟨10.1051/0004-6361/201014484⟩, Astronomy and Astrophysics-A&A, EDP Sciences, 2010, 520, pp.A83. ⟨10.1051/0004-6361/201014484⟩, HAL
Accession number :
edsair.doi.dedup.....be16fed181bad7330cda4b876156b692