Resolving the Crab pulsar wind nebula at teraelectronvolt energies
2 LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
3 LUTH (UMR_8102) - Laboratoire Univers et Théories
4 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
5 LUPM - Laboratoire Univers et Particules de Montpellier
6 IRFU - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
7 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet
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
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Résumé
The Crab nebula is one of the most-studied cosmic particle accelerators, shining brightly across the entire electromagnetic spectrum up to very-high-energy gamma rays1,2. It is known from observations in the radio to gamma-ray part of the spectrum that the nebula is powered by a pulsar, which converts most of its rotational energy losses into a highly relativistic outflow. This outflow powers a pulsar wind nebula, a region of up to ten light-years across, filled with relativistic electrons and positrons. These particles emit synchrotron photons in the ambient magnetic field and produce very-high-energy gamma rays by Compton up-scattering of ambient low-energy photons. Although the synchrotron morphology of the nebula is well established, it has not been known from which region the very-high-energy gamma rays are emitted3,4,5,6,7,8. Here we report that the Crab nebula has an angular extension at gamma-ray energies of 52 arcseconds (assuming a Gaussian source width), much larger than at X-ray energies. This result closes a gap in the multi-wavelength coverage of the nebula, revealing the emission region of the highest-energy gamma rays. These gamma rays enable us to probe a previously inaccessible electron and positron energy range. We find that simulations of the electromagnetic emission reproduce our measurement, providing a non-trivial test of our understanding of particle acceleration in the Crab nebula.
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