A very-high-energy component deep in the $\gamma$-ray burst afterglow
H. Abdalla
,
R. Adam
(1)
,
F. Aharonian
,
F. Ait Benkhali
,
E.O. Angüner
(2)
,
M. Arakawa
,
C. Arcaro
,
C. Armand
(3)
,
H. Ashkar
(4)
,
M. Backes
,
V. Barbosa Martins
,
M. Barnard
,
Y. Becherini
,
D. Berge
,
K. Bernlöhr
,
E. Bissaldi
,
R. Blackwell
,
M. Böttcher
,
C. Boisson
(5)
,
J. Bolmont
(1)
,
S. Bonnefoy
,
J. Bregeon
(6)
,
M. Breuhaus
,
F. Brun
(4)
,
P. Brun
(4)
,
M. Bryan
,
M. Büchele
,
T. Bulik
,
T. Bylund
,
M. Capasso
,
S. Caroff
(7)
,
A. Carosi
(3)
,
S. Casanova
,
M. Cerruti
(7)
,
T. Chand
,
S. Chandra
,
A. Chen
,
S. Colafrancesco
,
M. Curyło
,
I.D. Davids
,
C. Deil
,
J. Devin
(8)
,
P. Dewilt
,
L. Dirson
,
A. Djannati-Atai
(9)
,
A. Dmytriiev
(5)
,
A. Donath
,
V. Doroshenko
,
J. Dyks
,
K. Egberts
,
G. Emery
(7)
,
J.-P. Ernenwein
(2)
,
S. Eschbach
,
K. Feijen
,
S. Fegan
(1)
,
A. Fiasson
(3)
,
G. Fontaine
(1)
,
S. Funk
,
M. Füssling
,
S. Gabici
(9)
,
Y.A. Gallant
(6)
,
F. Gaté
(3)
,
G. Giavitto
,
L. Giunti
(9)
,
D. Glawion
,
J.F. Glicenstein
(4)
,
D. Gottschall
,
M.-H. Grondin
(8)
,
J. Hahn
,
M. Haupt
,
G. Heinzelmann
,
G. Henri
(10)
,
G. Hermann
,
J.A. Hinton
,
W. Hofmann
,
C. Hoischen
,
T.L. Holch
,
M. Holler
,
D. Horns
,
D. Huber
,
H. Iwasaki
,
M. Jamrozy
,
D. Jankowsky
,
F. Jankowsky
,
A. Jardin-Blicq
,
I. Jung-Richardt
,
M.A. Kastendieck
,
K. Katarzyński
,
M. Katsuragawa
,
U. Katz
,
D. Khangulyan
,
B. Khélifi
(9)
,
J. King
,
S. Klepser
,
W. Kluźniak
,
Nu. Komin
,
K. Kosack
(4)
,
D. Kostunin
,
M. Kreter
,
G. Lamanna
(3)
,
A. Lemière
(9)
,
M. Lemoine-Goumard
(8)
,
J.-P. Lenain
(7)
,
E. Leser
,
C. Levy
(7)
,
T. Lohse
,
I. Lypova
,
J. Mackey
,
J. Majumdar
,
D. Malyshev
,
V. Marandon
,
Alexandre Marcowith
(6)
,
A. Mares
(8)
,
C. Mariaud
(1)
,
G. Martí-Devesa
,
R. Marx
,
G. Maurin
(3)
,
P.J. Meintjes
,
A.M.W. Mitchell
,
R. Moderski
,
M. Mohamed
,
L. Mohrmann
,
C. Moore
,
E. Moulin
(4)
,
J. Muller
(1)
,
T. Murach
,
S. Nakashima
,
M. de Naurois
(1)
,
H. Ndiyavala
,
F. Niederwanger
,
J. Niemiec
,
L. Oakes
,
P. O'Brien
,
H. Odaka
,
S. Ohm
,
E. de Ona Wilhelmi
,
M. Ostrowski
,
I. Oya
,
M. Panter
,
R.D. Parsons
,
C. Perennes
(7)
,
P.-O. Petrucci
(10)
,
B. Peyaud
(4)
,
Q. Piel
(3)
,
S. Pita
(9)
,
V. Poireau
(3)
,
A. Priyana Noel
,
D.A. Prokhorov
,
H. Prokoph
,
G. Pühlhofer
,
M. Punch
(9)
,
A. Quirrenbach
,
S. Raab
,
R. Rauth
,
A. Reimer
,
O. Reimer
,
Q. Remy
(6)
,
Matthieu Renaud
(6)
,
F. Rieger
,
L. Rinchiuso
(4)
,
C. Romoli
,
G. Rowell
,
B. Rudak
,
E. Ruiz-Velasco
,
V. Sahakian
,
S. Sailer
,
S. Saito
,
D.A. Sanchez
(3)
,
A. Santangelo
,
M. Sasaki
,
R. Schlickeiser
,
F. Schüssler
(4)
,
A. Schulz
,
H.M. Schutte
,
U. Schwanke
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S. Schwemmer
,
M. Seglar-Arroyo
(4)
,
M. Senniappan
,
A.S. Seyffert
,
N. Shafi
,
K. Shiningayamwe
,
R. Simoni
,
A. Sinha
(9)
,
H. Sol
(5)
,
A. Specovius
,
M. Spir-Jacob
(9)
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R. Steenkamp
,
C. Stegmann
,
C. Steppa
,
T. Takahashi
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T. Tavernier
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A.M. Taylor
,
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,
D. Tiziani
,
M. Tluczykont
,
C. Trichard
(1)
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M. Tsirou
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N. Tsuji
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R. Tuffs
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Y. Uchiyama
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D.J. van Der Walt
,
C. van Eldik
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C. van Rensburg
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B. van Soelen
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George Vasileiadis
(6)
,
J. Veh
,
C. Venter
,
P. Vincent
(7)
,
J. Vink
,
H.J. Völk
,
T. Vuillaume
(3)
,
Z. Wadiasingh
,
S.J. Wagner
,
R. White
,
A. Wierzcholska
,
R. Yang
,
H. Yoneda
,
M. Zacharias
,
R. Zanin
,
A.A. Zdziarski
,
A. Zech
(5)
,
A. Ziegler
,
J. Zorn
,
N. Żywucka
,
F. de Palma
,
M. Axelsson
,
O.J. Roberts
1
LLR -
Laboratoire Leprince-Ringuet
2 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
3 LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
4 IRFU - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
5 LUTH (UMR_8102) - Laboratoire Univers et Théories
6 LUPM - Laboratoire Univers et Particules de Montpellier
7 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
8 CENBG - Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan
9 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie
10 IPAG - Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
2 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
3 LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
4 IRFU - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
5 LUTH (UMR_8102) - Laboratoire Univers et Théories
6 LUPM - Laboratoire Univers et Particules de Montpellier
7 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
8 CENBG - Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan
9 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie
10 IPAG - Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
H. Abdalla
- Fonction : Auteur
R. Adam
- Fonction : Auteur
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F. Aharonian
- Fonction : Auteur
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F. Ait Benkhali
- Fonction : Auteur
M. Arakawa
- Fonction : Auteur
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C. Arcaro
- Fonction : Auteur
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H. Ashkar
- Fonction : Auteur
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M. Backes
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V. Barbosa Martins
- Fonction : Auteur
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M. Barnard
- Fonction : Auteur
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Y. Becherini
- Fonction : Auteur
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D. Berge
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K. Bernlöhr
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E. Bissaldi
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R. Blackwell
- Fonction : Auteur
M. Böttcher
- Fonction : Auteur
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C. Boisson
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S. Bonnefoy
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M. Breuhaus
- Fonction : Auteur
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F. Brun
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P. Brun
- Fonction : Auteur
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M. Bryan
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M. Büchele
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T. Bulik
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T. Bylund
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M. Capasso
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S. Casanova
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T. Chand
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S. Chandra
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S. Funk
- Fonction : Auteur
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M. Jamrozy
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I. Jung-Richardt
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B. Khélifi
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J. King
- Fonction : Auteur
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D. Kostunin
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- Fonction : Auteur
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L. Mohrmann
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H. Ndiyavala
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F. Niederwanger
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J. Niemiec
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A. Reimer
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- Fonction : Auteur
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S. Saito
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A. Schulz
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M. Senniappan
- Fonction : Auteur
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A.S. Seyffert
- Fonction : Auteur
N. Shafi
- Fonction : Auteur
K. Shiningayamwe
- Fonction : Auteur
R. Simoni
- Fonction : Auteur
A. Specovius
- Fonction : Auteur
R. Steenkamp
- Fonction : Auteur
C. Stegmann
- Fonction : Auteur
C. Steppa
- Fonction : Auteur
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T. Takahashi
- Fonction : Auteur
A.M. Taylor
- Fonction : Auteur
D. Tiziani
- Fonction : Auteur
M. Tluczykont
- Fonction : Auteur
N. Tsuji
- Fonction : Auteur
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R. Tuffs
- Fonction : Auteur
Y. Uchiyama
- Fonction : Auteur
D.J. van Der Walt
- Fonction : Auteur
C. van Eldik
- Fonction : Auteur
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C. van Rensburg
- Fonction : Auteur
B. van Soelen
- Fonction : Auteur
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George Vasileiadis
- Fonction : Auteur
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J. Veh
- Fonction : Auteur
C. Venter
- Fonction : Auteur
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J. Vink
- Fonction : Auteur
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H.J. Völk
- Fonction : Auteur
Z. Wadiasingh
- Fonction : Auteur
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S.J. Wagner
- Fonction : Auteur
R. White
- Fonction : Auteur
A. Wierzcholska
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R. Yang
- Fonction : Auteur
H. Yoneda
- Fonction : Auteur
M. Zacharias
- Fonction : Auteur
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R. Zanin
- Fonction : Auteur
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A.A. Zdziarski
- Fonction : Auteur
A. Zech
- Fonction : Auteur
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A. Ziegler
- Fonction : Auteur
J. Zorn
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N. Żywucka
- Fonction : Auteur
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F. de Palma
- Fonction : Auteur
M. Axelsson
- Fonction : Auteur
O.J. Roberts
- Fonction : Auteur
Résumé
Gamma-ray bursts (GRBs) are brief flashes of γ-rays and are considered to be the most energetic explosive phenomena in the Universe 1 . The emission from GRBs comprises a short (typically tens of seconds) and bright prompt emission, followed by a much longer afterglow phase. During the afterglow phase, the shocked outflow—produced by the interaction between the ejected matter and the circumburst medium—slows down, and a gradual decrease in brightness is observed 2 . GRBs typically emit most of their energy via γ-rays with energies in the kiloelectronvolt-to-megaelectronvolt range, but a few photons with energies of tens of gigaelectronvolts have been detected by space-based instruments 3 . However, the origins of such high-energy (above one gigaelectronvolt) photons and the presence of very-high-energy (more than 100 gigaelectronvolts) emission have remained elusive 4 . Here we report observations of very-high-energy emission in the bright GRB 180720B deep in the GRB afterglow—ten hours after the end of the prompt emission phase, when the X-ray flux had already decayed by four orders of magnitude. Two possible explanations exist for the observed radiation: inverse Compton emission and synchrotron emission of ultrarelativistic electrons. Our observations show that the energy fluxes in the X-ray and γ-ray range and their photon indices remain comparable to each other throughout the afterglow. This discovery places distinct constraints on the GRB environment for both emission mechanisms, with the inverse Compton explanation alleviating the particle energy requirements for the emission observed at late times. The late timing of this detection has consequences for the future observations of GRBs at the highest energies.
Domaines
Astrophysique [astro-ph]Format du dépôt | Notice |
---|---|
Type de dépôt | Article dans une revue |
Résumé |
en
Gamma-ray bursts (GRBs) are brief flashes of γ-rays and are considered to be the most energetic explosive phenomena in the Universe 1 . The emission from GRBs comprises a short (typically tens of seconds) and bright prompt emission, followed by a much longer afterglow phase. During the afterglow phase, the shocked outflow—produced by the interaction between the ejected matter and the circumburst medium—slows down, and a gradual decrease in brightness is observed 2 . GRBs typically emit most of their energy via γ-rays with energies in the kiloelectronvolt-to-megaelectronvolt range, but a few photons with energies of tens of gigaelectronvolts have been detected by space-based instruments 3 . However, the origins of such high-energy (above one gigaelectronvolt) photons and the presence of very-high-energy (more than 100 gigaelectronvolts) emission have remained elusive 4 . Here we report observations of very-high-energy emission in the bright GRB 180720B deep in the GRB afterglow—ten hours after the end of the prompt emission phase, when the X-ray flux had already decayed by four orders of magnitude. Two possible explanations exist for the observed radiation: inverse Compton emission and synchrotron emission of ultrarelativistic electrons. Our observations show that the energy fluxes in the X-ray and γ-ray range and their photon indices remain comparable to each other throughout the afterglow. This discovery places distinct constraints on the GRB environment for both emission mechanisms, with the inverse Compton explanation alleviating the particle energy requirements for the emission observed at late times. The late timing of this detection has consequences for the future observations of GRBs at the highest energies.
|
Titre |
en
A very-high-energy component deep in the $\gamma$-ray burst afterglow
|
Auteur(s) |
H. Abdalla
, R. Adam
1
, F. Aharonian
, F. Ait Benkhali
, E.O. Angüner
2
, M. Arakawa
, C. Arcaro
, C. Armand
3
, H. Ashkar
4
, M. Backes
, V. Barbosa Martins
, M. Barnard
, Y. Becherini
, D. Berge
, K. Bernlöhr
, E. Bissaldi
, R. Blackwell
, M. Böttcher
, C. Boisson
5
, J. Bolmont
1
, S. Bonnefoy
, J. Bregeon
6
, M. Breuhaus
, F. Brun
4
, P. Brun
4
, M. Bryan
, M. Büchele
, T. Bulik
, T. Bylund
, M. Capasso
, S. Caroff
7
, A. Carosi
3
, S. Casanova
, M. Cerruti
7
, T. Chand
, S. Chandra
, A. Chen
, S. Colafrancesco
, M. Curyło
, I.D. Davids
, C. Deil
, J. Devin
8
, P. Dewilt
, L. Dirson
, A. Djannati-Atai
9
, A. Dmytriiev
5
, A. Donath
, V. Doroshenko
, J. Dyks
, K. Egberts
, G. Emery
7
, J.-P. Ernenwein
2
, S. Eschbach
, K. Feijen
, S. Fegan
1
, A. Fiasson
3
, G. Fontaine
1
, S. Funk
, M. Füssling
, S. Gabici
9
, Y.A. Gallant
6
, F. Gaté
3
, G. Giavitto
, L. Giunti
9
, D. Glawion
, J.F. Glicenstein
4
, D. Gottschall
, M.-H. Grondin
8
, J. Hahn
, M. Haupt
, G. Heinzelmann
, G. Henri
10
, G. Hermann
, J.A. Hinton
, W. Hofmann
, C. Hoischen
, T.L. Holch
, M. Holler
, D. Horns
, D. Huber
, H. Iwasaki
, M. Jamrozy
, D. Jankowsky
, F. Jankowsky
, A. Jardin-Blicq
, I. Jung-Richardt
, M.A. Kastendieck
, K. Katarzyński
, M. Katsuragawa
, U. Katz
, D. Khangulyan
, B. Khélifi
9
, J. King
, S. Klepser
, W. Kluźniak
, Nu. Komin
, K. Kosack
4
, D. Kostunin
, M. Kreter
, G. Lamanna
3
, A. Lemière
9
, M. Lemoine-Goumard
8
, J.-P. Lenain
7
, E. Leser
, C. Levy
7
, T. Lohse
, I. Lypova
, J. Mackey
, J. Majumdar
, D. Malyshev
, V. Marandon
, Alexandre Marcowith
6
, A. Mares
8
, C. Mariaud
1
, G. Martí-Devesa
, R. Marx
, G. Maurin
3
, P.J. Meintjes
, A.M.W. Mitchell
, R. Moderski
, M. Mohamed
, L. Mohrmann
, C. Moore
, E. Moulin
4
, J. Muller
1
, T. Murach
, S. Nakashima
, M. de Naurois
1
, H. Ndiyavala
, F. Niederwanger
, J. Niemiec
, L. Oakes
, P. O'Brien
, H. Odaka
, S. Ohm
, E. de Ona Wilhelmi
, M. Ostrowski
, I. Oya
, M. Panter
, R.D. Parsons
, C. Perennes
7
, P.-O. Petrucci
10
, B. Peyaud
4
, Q. Piel
3
, S. Pita
9
, V. Poireau
3
, A. Priyana Noel
, D.A. Prokhorov
, H. Prokoph
, G. Pühlhofer
, M. Punch
9
, A. Quirrenbach
, S. Raab
, R. Rauth
, A. Reimer
, O. Reimer
, Q. Remy
6
, Matthieu Renaud
6
, F. Rieger
, L. Rinchiuso
4
, C. Romoli
, G. Rowell
, B. Rudak
, E. Ruiz-Velasco
, V. Sahakian
, S. Sailer
, S. Saito
, D.A. Sanchez
3
, A. Santangelo
, M. Sasaki
, R. Schlickeiser
, F. Schüssler
4
, A. Schulz
, H.M. Schutte
, U. Schwanke
, S. Schwemmer
, M. Seglar-Arroyo
4
, M. Senniappan
, A.S. Seyffert
, N. Shafi
, K. Shiningayamwe
, R. Simoni
, A. Sinha
9
, H. Sol
5
, A. Specovius
, M. Spir-Jacob
9
, R. Steenkamp
, C. Stegmann
, C. Steppa
, T. Takahashi
, T. Tavernier
4
, A.M. Taylor
, R. Terrier
9
, D. Tiziani
, M. Tluczykont
, C. Trichard
1
, M. Tsirou
6
, N. Tsuji
, R. Tuffs
, Y. Uchiyama
, D.J. van Der Walt
, C. van Eldik
, C. van Rensburg
, B. van Soelen
, George Vasileiadis
6
, J. Veh
, C. Venter
, P. Vincent
7
, J. Vink
, H.J. Völk
, T. Vuillaume
3
, Z. Wadiasingh
, S.J. Wagner
, R. White
, A. Wierzcholska
, R. Yang
, H. Yoneda
, M. Zacharias
, R. Zanin
, A.A. Zdziarski
, A. Zech
5
, A. Ziegler
, J. Zorn
, N. Żywucka
, F. de Palma
, M. Axelsson
, O.J. Roberts
1
LLR -
Laboratoire Leprince-Ringuet
( 127 )
- Route de Saclay - 91128 Palaiseau Cedex
- France
2
CPPM -
Centre de Physique des Particules de Marseille
( 199968 )
- 163, avenue de Luminy - Case 902 - 13288 Marseille cedex 09
- France
3
LAPP -
Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
( 129 )
- 9 Chemin de Bellevue - BP 110 - 74941 Annecy-le-Vieux CEDEX - France
- France
4
IRFU -
Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
( 53946 )
- CEA Saclay
F-91191 Gif sur Yvette cedex
- France
5
LUTH (UMR_8102) -
Laboratoire Univers et Théories
( 157 )
- 5 place Jules Janssen 92195 Meudon cedex
- France
6
LUPM -
Laboratoire Univers et Particules de Montpellier
( 1087114 )
- Place Eugène Bataillon - CC 72 34095 Montpellier Cédex 05
- France
7
LPNHE (UMR_7585) -
Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
( 541696 )
- Barre 12-22, 1er étage 4 Place Jussieu 75252 Paris Cedex 05
- France
8
CENBG -
Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan
( 121 )
- Chemin du Solarium - BP 120 - 33175 Gradignan Cedex
- France
9
APC (UMR_7164) -
AstroParticule et Cosmologie
( 1969 )
- APC - UMR 7164, Université Paris Diderot, 10 rue Alice Domon et Léonie Duquet, case postale 7020, F-75205 Paris Cedex 13
- France
10
IPAG -
Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
( 1051366 )
- 414, Rue de la Piscine BP 53 38041 Grenoble Cedex 9
- France
|
Date de publication |
2019
|
Numéro |
7783
|
Page/Identifiant |
464-467
|
Volume |
575
|
Vulgarisation |
Non
|
Langue du document |
Anglais
|
Audience |
Internationale
|
Comité de lecture |
Oui
|
Public visé |
Scientifique
|
Nom de la revue |
|
Domaine(s) |
|
Mots-clés |
en
gamma ray: burst, particle: energy, X-ray: flux, gamma ray: UHE, photon, VHE, synchrotron, brightness, electron
|
arXiv Id | 1911.08961 |
DOI | 10.1038/s41586-019-1743-9 |
inSPIRE HEP | 1766227 |
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