Search for Gamma-Ray Emission from Local Primordial Black Holes with the Fermi Large Area Telescope
M. Ackermann
,
W.B. Atwood
,
L. Baldini
,
J. Ballet
(1)
,
G. Barbiellini
,
D. Bastieri
,
R. Bellazzini
,
B. Berenji
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E. Bissaldi
,
R.D. Blandford
,
E.D. Bloom
,
R. Bonino
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E. Bottacini
,
J. Bregeon
(2)
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P. Bruel
(3)
,
R. Buehler
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R.A. Cameron
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R. Caputo
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P.A. Caraveo
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E. Cavazzuti
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E. Charles
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A. Chekhtman
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C.C. Cheung
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G. Chiaro
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S. Ciprini
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Johann Cohen-Tanugi
(2)
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J. Conrad
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D. Costantin
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F. d'Ammando
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F. de Palma
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S.W. Digel
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N. Di Lalla
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M. Di Mauro
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L. Di Venere
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C. Favuzzi
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S.J. Fegan
(3)
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W.B. Focke
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A. Franckowiak
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Y. Fukazawa
,
S. Funk
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P. Fusco
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F. Gargano
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D. Gasparrini
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N. Giglietto
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F. Giordano
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M. Giroletti
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D. Green
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I.A. Grenier
(1)
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L. Guillemot
(4, 5)
,
S. Guiriec
,
D. Horan
(3)
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G. Johannesson
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C. Johnson
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S. Kensei
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D. Kocevski
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M. Kuss
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S. Larsson
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L. Latronico
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J. Li
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F. Longo
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F. Loparco
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M.N. Lovellette
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P. Lubrano
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J.D. Magill
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S. Maldera
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D. Malyshev
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A. Manfreda
,
M.N. Mazziotta
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J.E. Mcenery
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M. Meyer
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P.F. Michelson
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W. Mitthumsiri
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T. Mizuno
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M.E. Monzani
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E. Moretti
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A. Morselli
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I.V. Moskalenko
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(2)
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R. Ojha
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N. Omodei
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J.F. Ormes
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V.S. Paliya
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M. Persic
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M. Pesce-Rollins
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(2)
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G. Principe
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S. Raino
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R. Rando
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S. Razzaque
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A. Reimer
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O. Reimer
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(3)
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G. Vianello
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K. Wood
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M. Wood
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G. Zaharijas
1
AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112) -
Astrophysique Interprétation Modélisation
2 LUPM - Laboratoire Univers et Particules de Montpellier
3 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet
4 LPC2E - Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace
5 USN - Unité Scientifique de la Station de Nançay
2 LUPM - Laboratoire Univers et Particules de Montpellier
3 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet
4 LPC2E - Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace
5 USN - Unité Scientifique de la Station de Nançay
M. Ackermann
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W.B. Atwood
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L. Baldini
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G. Barbiellini
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D. Bastieri
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R. Bellazzini
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B. Berenji
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E. Bottacini
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P. Bruel
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R. Buehler
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Johann Cohen-Tanugi
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J. Conrad
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F. d'Ammando
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C. Favuzzi
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W.B. Focke
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S. Funk
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D. Green
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S. Guiriec
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G. Johannesson
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C. Johnson
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S. Kensei
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L. Latronico
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F. Longo
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F. Loparco
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M.N. Lovellette
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D. Malyshev
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A. Manfreda
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M.N. Mazziotta
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J.E. Mcenery
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W. Mitthumsiri
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E. Moretti
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A. Morselli
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E. Orlando
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M. Persic
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M. Pesce-Rollins
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F. Piron
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G. Principe
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A. Reimer
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K. Wood
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M. Wood
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G. Zaharijas
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Résumé
Black holes with masses below approximately 1015 g are expected to emit gamma-rays with energies above a few tens of MeV, which can be detected by the Fermi Large Area Telescope (LAT). Although black holes with these masses cannot be formed as a result of stellar evolution, they may have formed in the early universe and are therefore called primordial black holes (PBHs). Previous searches for PBHs have focused on either short-timescale bursts or the contribution of PBHs to the isotropic gamma-ray emission. We show that, in cases of individual PBHs, the Fermi-LAT is most sensitive to PBHs with temperatures above approximately 16 GeV and masses 6 × 1011 g, which it can detect out to a distance of about 0.03 pc. These PBHs have a remaining lifetime of months to years at the start of the Fermi mission. They would appear as potentially moving point sources with gamma-ray emission that become spectrally harder and brighter with time until the PBH completely evaporates. In this paper, we develop a new algorithm to detect the proper motion of gamma-ray point sources, and apply it to 318 unassociated point sources at a high galactic latitude in the third Fermi-LAT source catalog. None of the unassociated point sources with spectra consistent with PBH evaporation show significant proper motion. Using the nondetection of PBH candidates, we derive a 99% confidence limit on the PBH evaporation rate in the vicinity of Earth, . This limit is similar to the limits obtained with ground-based gamma-ray observatories.
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