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Article Dans Une Revue Astronomy and Astrophysics - A&A Année : 2021

LMC N132D: A mature supernova remnant with a power-law gamma-ray spectrum extending beyond 8 TeV

H. Abdalla , F. Aharonian , F. Ait Benkhali , E.O. Angüner (1) , C. Arcaro , C. Armand , T. Armstrong , H. Ashkar , M. Backes , V. Baghmanyan , V. Barbosa Martins , A. Barnacka , M. Barnard , R. Batzofin , Y. Becherini , D. Berge , K. Bernlöhr , B. Bi , M. Böttcher , C. Boisson , J. Bolmont (2) , M. de Bony de Lavergne , M. Breuhaus , R. Brose , F. Brun , P. Brun , M. Bryan , M. Büchele , T. Bulik , T. Bylund , F. Cangemi (2) , S. Caroff (2) , A. Carosi , S. Casanova , J. Catalano , P. Chambery (3) , T. Chand , S. Chandra , A. Chen , G. Cotter , M. Curyło , J. Damascene Mbarubucyeye , I.D. Davids , J. Davies , C. Deil , J. Devin (3) , L. Dirson , A. Djannati-Atai (4) , A. Dmytriiev , A. Donath , V. Doroshenko , L. Dreyer , L.Du Plessis , C. Duffy , J. Dyks , K. Egberts , F. Eichhorn , S. Einecke , G. Emery , J.-P. Ernenwein (1) , S. Fegan , K. Feijen , A. Fiasson , G. Fichet de Clairfontaine , G. Fontaine , F. Lott , M. Füssling , S. Funk , S. Gabici (4) , Y.A. Gallant (5) , G. Giavitto , L. Giunti (4) , D. Glawion , J.F. Glicenstein , M.-H. Grondin (3) , S. Hattingh , J. Hahn , M. Haupt , G. Hermann , J.A. Hinton , W. Hofmann , C. Hoischen , T.L. Holch , M. Holler , M. Hörbe , D. Horns , Zhiqiu Huang , D. Huber , M. Jamrozy , D. Jankowsky , F. Jankowsky , A. Jardin-Blicq , V. Joshi , I. Jung-Richardt , E. Kasai , M.A. Kastendieck , K. Katarzynski , U. Katz , D. Khangulyan , B. Khélifi (4) , S. Klepser , W. Kluźniak , Nu. Komin , R. Konno , K. Kosack , D. Kostunin , M. Kreter , G.Kukec Mezek , A. Kundu , G. Lamanna , S.Le Stum (1) , A. Lemière (4) , M. Lemoine-Goumard (3) , J.-P. Lenain (2) , F. Leuschner , C. Levy (2) , T. Lohse , A. Luashvili , I. Lypova , J. Mackey , J. Majumdar , D. Malyshev , V. Marandon , P. Marchegiani , A. Marcowith (5) , A. Mares (3) , G. Martí-Devesa , R. Marx , G. Maurin , P.J. Meintjes , M. Meyer , A. Mitchell , R. Moderski , L. Mohrmann , A. Montanari , C. Moore , P. Morris , E. Moulin , J. Muller , T. Murach , K. Nakashima , M. de Naurois , A. Nayerhoda , H. Ndiyavala , J. Niemiec , L. Oakes , B. Peyaud , Q. Piel , A. Priyana Noel , P. O'Brien , L. Oberholzer , H. Odaka , S. Ohm , L. Olivera-Nieto , E. de Ona Wilhelmi , M. Ostrowski , S. Panny , M. Panter , R.D. Parsons , G. Peron , S. Pita (4) , V. Poireau , D.A. Prokhorov , H. Prokoph , G. Pühlhofer , M. Punch (4) , A. Quirrenbach , S. Raab , R. Rauth , P. Reichherzer , A. Reimer , O. Reimer , Q. Remy , M. Renaud (5) , L. Rinchiuso , B. Reville , F. Rieger , C. Romoli , G. Rowell , B. Rudak , H.Rueda Ricarte , E. Ruiz-Velasco , V. Sahakian , S. Sailer , H. Salzmann , D.A. Sanchez , A. Santangelo , M. Sasaki , M. Scalici , J. Schäfer , F. Schüssler , H.M. Schutte , U. Schwanke , M. Seglar-Arroyo , M. Senniappan , A.S. Seyffert , N. Shafi , J.N. S. Shapopi , K. Shiningayamwe , R. Simoni , A. Sinha (5) , H. Sol , A. Specovius , S. Spencer , M. Spir-Jacob (4) , L. Stawarz , R. Steenkamp , C. Stegmann , S. Steinmassl , C. Steppa , L. Sun , T. Takahashi , T. Tanaka , T. Tavernier , A.M. Taylor , R. Terrier (4) , J.H. E. Thiersen , C. Thorpe-Morgan , D. Tiziani , M. Tluczykont , L. Tomankova , C. Trichard , M. Tsirou , N. Tsuji , R. Tuffs , Y. Uchiyama , D.J. van Der Walt , C. van Eldik , C. van Rensburg , B. van Soelen , G. Vasileiadis (5) , J. Veh , C. Venter , P. Vincent (2) , J. Vink , H.J. Völk , Z. Wadiasingh , S.J. Wagner , J. Watson , F. Werner , R. White , A. Wierzcholska , Yu Wun Wong , H. Yassin , A. Yusafzai , M. Zacharias , R. Zanin , D. Zargaryan , A.A. Zdziarski , A. Zech , S.J. Zhu , A. Zmija , J. Zorn , S. Zouari , N. Żywucka
H. Abdalla
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F. Aharonian
F. Ait Benkhali
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C. Arcaro
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T. Armstrong
H. Ashkar
M. Backes
V. Baghmanyan
V. Barbosa Martins
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A. Barnacka
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J. Zorn
S. Zouari
N. Żywucka

Résumé

Context. Supernova remnants (SNRs) are commonly thought to be the dominant sources of Galactic cosmic rays up to the knee of the cosmic-ray spectrum at a few PeV. Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes have revealed young SNRs as very-high-energy (VHE, >100 GeV) gamma-ray sources, but for only a few SNRs the hadronic cosmic-ray origin of their gamma-ray emission is indisputably established. In all these cases, the gamma-ray spectra exhibit a spectral cutoff at energies much below 100 TeV and thus do not reach the PeVatron regime.Aims. The aim of this work was to achieve a firm detection for the oxygen-rich SNR LMC N132D in the VHE gamma-ray domain with an extended set of data, and to clarify the spectral characteristics and the localization of the gamma-ray emission from this exceptionally powerful gamma-ray-emitting SNR.Methods. We analyzed 252 h of High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) observations towards SNR N132D that were accumulated between December 2004 and March 2016 during a deep survey of the Large Magellanic Cloud, adding 104 h of observations to the previously published data set to ensure a > 5σ detection. To broaden the gamma-ray spectral coverage required for modeling the spectral energy distribution, an analysis of Fermi-LAT Pass 8 data was also included.Results. We unambiguously detect N132D at VHE with a significance of 5.7σ. We report the results of a detailed analysis of its spectrum and localization based on the extended H.E.S.S. data set. The joint analysis of the extended H.E.S.S and Fermi-LAT data results in a spectral energy distribution in the energy range from 1.7 GeV to 14.8 TeV, which suggests a high luminosity of N132D at GeV and TeV energies. We set a lower limit on a gamma-ray cutoff energy of 8 TeV with a confidence level of 95%. The new gamma-ray spectrum as well as multiwavelength observations of N132D when compared to physical models suggests a hadronic origin of the VHE gamma-ray emission.Conclusions. SNR N132D is a VHE gamma-ray source that shows a spectrum extending to the VHE domain without a spectral cutoff at a few TeV, unlike the younger oxygen-rich SNR Cassiopeia A. The gamma-ray emission is best explained by a dominant hadronic component formed by diffusive shock acceleration. The gamma-ray properties of N132D may be affected by an interaction with a nearby molecular cloud that partially lies inside the 95% confidence region of the source position.Key words: gamma rays: general / cosmic rays / ISM: supernova remnants

Dates et versions

hal-03580207 , version 1 (18-02-2022)

Identifiants

Citer

H. Abdalla, F. Aharonian, F. Ait Benkhali, E.O. Angüner, C. Arcaro, et al.. LMC N132D: A mature supernova remnant with a power-law gamma-ray spectrum extending beyond 8 TeV. Astronomy and Astrophysics - A&A, 2021, 655, pp.A7. ⟨10.1051/0004-6361/202141486⟩. ⟨hal-03580207⟩
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