Constraining the cosmic-ray pressure in the inner Virgo Cluster using H.E.S.S. observations of M 87
F Aharonian
,
F. Ait Benkhali
,
C Arcaro
,
J Aschersleben
,
M Backes
,
V Barbosa Martins
,
R Batzofin
,
Y Becherini
(1)
,
D Berge
,
K Bernlöhr
,
B Bi
,
M Böttcher
,
C Boisson
(2)
,
J Bolmont
(3)
,
J Borowska
,
F Bradascio
(4)
,
M Breuhaus
,
R Brose
,
F Brun
(4)
,
B Bruno
,
T Bulik
,
C Burger-Scheidlin
,
T Bylund
,
S Caroff
(5)
,
S Casanova
,
R Cecil
,
J Celic
,
M Cerruti
(1)
,
T Chand
,
S Chandra
,
A Chen
,
J Chibueze
,
O Chibueze
,
G Cotter
,
J. Damascene Mbarubucyeye
,
A Djannati-Ataï
(1)
,
K Egberts
,
J.-P Ernenwein
(6)
,
G. Fichet de Clairfontaine
(2)
,
M Filipovic
,
G Fontaine
(7)
,
M Füßling
,
S Funk
,
S Gabici
(1)
,
S Ghafourizadeh
,
G Giavitto
,
D Glawion
,
J.F Glicenstein
(4)
,
P Goswami
,
G Grolleron
(3)
,
M.-H Grondin
(8)
,
L Haerer
,
M Haupt
,
G Hermann
,
J.A Hinton
,
T.L Holch
,
D Horns
,
M Jamrozy
,
F Jankowsky
,
V Joshi
,
I Jung-Richardt
,
E Kasai
,
K Katarzyński
,
R Khatoon
,
B Khélifi
(1)
,
W Kluźniak
,
Nu Komin
,
K Kosack
(4)
,
D Kostunin
,
R.G Lang
,
S Le Stum
(6)
,
F Leitl
,
A Lemière
(1)
,
M Lemoine-Goumard
(8)
,
J.-P Lenain
(3)
,
F Leuschner
,
T Lohse
,
A Luashvili
(2)
,
I Lypova
,
J Mackey
,
D Malyshev
,
D Malyshev
,
V Marandon
,
P Marchegiani
,
A Marcowith
(9)
,
P Marinos
,
G Martí-Devesa
,
R Marx
,
M Meyer
,
A Mitchell
,
R Moderski
,
L Mohrmann
,
A Montanari
(4)
,
E Moulin
(4)
,
J Muller
(7)
,
K Nakashima
,
M de Naurois
(7)
,
J Niemiec
,
A. Priyana Noel
,
P O'Brien
,
S Ohm
,
L Olivera-Nieto
,
E de Ona Wilhelmi
,
S Panny
,
M Panter
,
R.D Parsons
,
G Peron
(1)
,
S Pita
(1)
,
D.A Prokhorov
,
H Prokoph
,
G Pühlhofer
,
A Quirrenbach
,
P Reichherzer
(4)
,
A Reimer
,
O Reimer
,
M Renaud
(9)
,
F Rieger
,
G Rowell
,
B Rudak
,
E Ruiz-Velasco
,
V Sahakian
,
H Salzmann
,
D.A Sanchez
(5)
,
A Santangelo
,
M Sasaki
,
J Schäfer
,
F Schüssler
(4)
,
U Schwanke
,
J.N.S Shapopi
,
H Sol
(2)
,
A Specovius
,
S Spencer
,
Ł Stawarz
,
R Steenkamp
,
S Steinmassl
,
C Steppa
,
I Sushch
,
H Suzuki
,
T Takahashi
,
T Tanaka
,
A.M Taylor
,
R Terrier
(1)
,
M Tsirou
,
N Tsuji
,
Y Uchiyama
,
C van Eldik
,
B van Soelen
,
M Vecchi
,
J Veh
,
C Venter
,
J Vink
,
T Wach
,
S.J Wagner
,
R White
,
A Wierzcholska
,
Yu Wun Wong
,
M Zacharias
,
D Zargaryan
,
A.A Zdziarski
,
A Zech
(2)
,
S Zouari
(1)
,
N Żywucka
1
APC (UMR_7164) -
AstroParticule et Cosmologie
2 LUTH (UMR_8102) - Laboratoire Univers et Théories
3 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
4 IRFU - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
5 LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
6 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
7 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet
8 LP2I - Bordeaux - Laboratoire de Physique des Deux Infinis Bordeaux
9 LUPM - Laboratoire Univers et Particules de Montpellier
2 LUTH (UMR_8102) - Laboratoire Univers et Théories
3 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
4 IRFU - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
5 LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
6 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
7 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet
8 LP2I - Bordeaux - Laboratoire de Physique des Deux Infinis Bordeaux
9 LUPM - Laboratoire Univers et Particules de Montpellier
F Aharonian
- Fonction : Auteur
F. Ait Benkhali
- Fonction : Auteur
C Arcaro
- Fonction : Auteur
J Aschersleben
- Fonction : Auteur
M Backes
- Fonction : Auteur
V Barbosa Martins
- Fonction : Auteur
R Batzofin
- Fonction : Auteur
Y Becherini
- Fonction : Auteur
- PersonId : 932592
- ORCID : 0000-0002-2115-2930
- IdRef : 25614138X
D Berge
- Fonction : Auteur
K Bernlöhr
- Fonction : Auteur
B Bi
- Fonction : Auteur
M Böttcher
- Fonction : Auteur
J Borowska
- Fonction : Auteur
M Breuhaus
- Fonction : Auteur
R Brose
- Fonction : Auteur
B Bruno
- Fonction : Auteur
T Bulik
- Fonction : Auteur
C Burger-Scheidlin
- Fonction : Auteur
T Bylund
- Fonction : Auteur
S Casanova
- Fonction : Auteur
R Cecil
- Fonction : Auteur
J Celic
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T Chand
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S Chandra
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A Chen
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J Chibueze
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O Chibueze
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G Cotter
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J. Damascene Mbarubucyeye
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K Egberts
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M Filipovic
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M Füßling
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S Funk
- Fonction : Auteur
S Ghafourizadeh
- Fonction : Auteur
G Giavitto
- Fonction : Auteur
D Glawion
- Fonction : Auteur
P Goswami
- Fonction : Auteur
G Grolleron
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1479965
- ORCID : 0009-0003-0209-0441
- IdRef : 282204199
L Haerer
- Fonction : Auteur
M Haupt
- Fonction : Auteur
G Hermann
- Fonction : Auteur
J.A Hinton
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T.L Holch
- Fonction : Auteur
D Horns
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M Jamrozy
- Fonction : Auteur
F Jankowsky
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V Joshi
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I Jung-Richardt
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E Kasai
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K Katarzyński
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R Khatoon
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W Kluźniak
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Nu Komin
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D Kostunin
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R.G Lang
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F Leitl
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F Leuschner
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T Lohse
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I Lypova
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J Mackey
- Fonction : Auteur
D Malyshev
- Fonction : Auteur
D Malyshev
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V Marandon
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P Marchegiani
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P Marinos
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G Martí-Devesa
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R Marx
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M Meyer
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A Mitchell
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R Moderski
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L Mohrmann
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K Nakashima
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J Niemiec
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A. Priyana Noel
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P O'Brien
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S Ohm
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L Olivera-Nieto
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E de Ona Wilhelmi
- Fonction : Auteur
S Panny
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M Panter
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R.D Parsons
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H Prokoph
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G Pühlhofer
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A Quirrenbach
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A Reimer
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O Reimer
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M Renaud
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- PersonId : 172996
- IdHAL : matthieu-renaud2
- ORCID : 0000-0002-2203-4880
F Rieger
- Fonction : Auteur
G Rowell
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B Rudak
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E Ruiz-Velasco
- Fonction : Auteur
V Sahakian
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H Salzmann
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M Sasaki
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J Schäfer
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U Schwanke
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J.N.S Shapopi
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A Specovius
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S Spencer
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Ł Stawarz
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R Steenkamp
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S Steinmassl
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C Steppa
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I Sushch
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H Suzuki
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T Tanaka
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N Tsuji
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Y Uchiyama
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C van Eldik
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B van Soelen
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M Vecchi
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J Veh
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C Venter
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J Vink
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- Fonction : Auteur
A Wierzcholska
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Yu Wun Wong
- Fonction : Auteur
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D Zargaryan
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- Fonction : Auteur
N Żywucka
- Fonction : Auteur
Résumé
The origin of the gamma-ray emission from M87 is currently a matter of debate. This work aims to localize the VHE (100 GeV-100 TeV) gamma-ray emission from M87 and probe a potential extended hadronic emission component in the inner Virgo Cluster. The search for a steady and extended gamma-ray signal around M87 can constrain the cosmic-ray energy density and the pressure exerted by the cosmic rays onto the intra-cluster medium, and allow us to investigate the role of the cosmic rays in the active galactic nucleus feedback as a heating mechanism in the Virgo Cluster. H.E.S.S. telescopes are sensitive to VHE gamma rays and have been utilized to observe M87 since 2004. We utilized a Bayesian block analysis to identify M87 emission states with H.E.S.S. observations from 2004 until 2021, dividing them into low, intermediate, and high states. Because of the causality argument, an extended ($\gtrsim$kpc) signal is allowed only in steady emission states. Hence, we fitted the morphology of the 120h low state data and found no significant gamma-ray extension. Therefore, we derived for the low state an upper limit of 58"(corresponding to $\approx$4.6kpc) in the extension of a single-component morphological model described by a rotationally symmetric 2D Gaussian model at 99.7% confidence level. Our results exclude the radio lobes ($\approx$30 kpc) as the principal component of the VHE gamma-ray emission from the low state of M87. The gamma-ray emission is compatible with a single emission region at the radio core of M87. These results, with the help of two multiple-component models, constrain the maximum cosmic-ray to thermal pressure ratio $X_{{CR,max.}}$$\lesssim$$0.32$ and the total energy in cosmic-ray protons (CRp) to $U_{CR}$$\lesssim$5$\times10^{58}$ erg in the inner 20kpc of the Virgo Cluster for an assumed CRp power-law distribution in momentum with spectral index $\alpha_{p}$=2.1.
Origine | Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte |
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