Article Dans Une Revue Astrophys.J.Lett. Année : 2025

Constraining the Cosmic-ray Energy Based on Observations of Nearby Galaxy Clusters by LHAASO

Zhen Cao , F Aharonian , Y.X Bai , Y.W Bao , D Bastieri , X.J Bi , Y.J Bi , W Bian , A.V Bukevich , C.M Cai , W.Y Cao , J.F Chang , A.M Chen , E.S Chen , H.X Chen , Liang Chen , Long Chen , M.J Chen , M.L Chen , Q.H Chen , S Chen , S.H Chen , S.Z Chen , T.L Chen , X.B Chen , X.J Chen , Y Chen , N Cheng , Y.D Cheng , M.C Chu , M.Y Cui , S.W Cui , X.H Cui , Y.D Cui , B.Z Dai , H.L Dai , Z.G Dai , Y.X Diao , X.Q Dong , K.K Duan , J.H Fan , Y.Z Fan , J.H Fang , K Fang , C.F Feng , H Feng , L Feng , S.H Feng , X.T Feng , Y.L Feng , S Gabici (1) , B Gao , C.D Gao , Q Gao , W.K Gao , M.M Ge , T.T Ge , L.S Geng , G Giacinti , G.H Gong , Q.B Gou , M.H Gu , F.L Guo , J Guo , X.L Guo , Y.Q Guo , Y.Y Guo , Y.A Han , O.A Hannuksela , M Hasan , H.H He , H.N He , J.Y He , X.Y He , Y He , S Hernández-Cadena , Y.K Hor , B.W Hou , C Hou , X Hou , H.B Hu , S.C Hu , C Huang , D.H Huang , J.J Huang , T.Q Huang , W.J Huang , X.T Huang , X.Y Huang , Y.Y Huang , X.L Ji , H.Y Jia , K Jia , H.B Jiang , K Jiang , X.W Jiang , Z.J Jiang , M Jin , S Kaci , M.M Kang , I Karpikov , D Khangulyan , D Kuleshov , K Kurinov , B.B Li , Cheng Li , Cong Li , D Li , F Li , H.B Li , H.C Li , Jian Li , Jie Li , K Li , L Li , R.L Li , S.D Li , T.Y Li , W.L Li , Xin R Li , Y.Z Li , Zhe Li , Zhuo Li , E.W Liang , Y.F Liang , S.J Lin , B Liu , C Liu , D.B Liu , H.D Liu , J Liu , J.L Liu , J.R Liu , M.Y Liu , R.Y Liu , S.M Liu , W Liu , X Liu , Y.N Liu , Y.Q Lou , Q Luo , Y Luo , H.K Lv , B.Q Ma , L.L Ma , X.H Ma , J.R Mao , Z Min , W Mitthumsiri , G.B Mou , H.J Mu , Y.C Nan , A Neronov (1) , K.C.Y Ng , M.Y Ni , L Nie , L.J Ou , P Pattarakijwanich , Z.Y Pei , J.C Qi , M.Y Qi , J.J Qin , A Raza , C.Y Ren , D Ruffolo , A Sáiz , M Saeed , D Semikoz (1) , L Shao , O Shchegolev , Y.Z Shen , X.D Sheng , Z.D Shi , F.W Shu , H.C Song , Yu V Stenkin , V Stepanov , Y Su , D.X Sun , H Sun , Q.N Sun , X.N Sun , Z.B Sun , N.H Tabasam , J Takata , P.H.T Tam , H.B Tan , Q.W Tang , R Tang , Z.B Tang , W.W Tian , C.N Tong , L.H Wan , C Wang , G.W Wang , H.G Wang , H.H Wang , J.C Wang , Kai Wang , L.P Wang , L.Y Wang , L.Y Wang , R Wang , W Wang , X.G Wang , X.J Wang , X.Y Wang , Y.D Wang , Z.H Wang , Z.X Wang , Zheng Wang , D.M Wei , J.J Wei , Y.J Wei , T Wen , S.S Weng , C.Y Wu , H.R Wu , Q.W Wu , S Wu , X.F Wu , Y.S Wu , S.Q Xi , J.J Xia , G.M Xiang , D.X Xiao , G Xiao , Y.L Xin , Y Xing , D.R Xiong , Z Xiong , D.L Xu , R.F Xu , R.X Xu , W.L Xu , L Xue , D.H Yan , J.Z Yan , T Yan , C.W Yang , C.Y Yang , F.F Yang , L.L Yang , M.J Yang , R.Z Yang , W.X Yang , Y.H Yao , Z.G Yao , X.A Ye , L.Q Yin , N Yin , X.H You , Z.Y You , Y.H Yu , Q Yuan , H Yue , H.D Zeng , T.X Zeng , W Zeng , M Zha , B.B Zhang , B.T Zhang , F Zhang , H Zhang , H.M Zhang , H.Y Zhang , J.L Zhang , Li Zhang , P.F Zhang , P.P Zhang , R Zhang , S.R Zhang , S.S Zhang , W.Y Zhang , X.P Zhang , Yi Zhang , Yong Zhang , Z.P Zhang , J Zhao , L.Z Zhao , S.P Zhao , X.H Zhao , Z.H Zhao , F Zheng , W.J Zhong , B Zhou , H Zhou , J.N Zhou , M Zhou , P Zhou , R Zhou , X.X Zhou , B.Y Zhu , C.G Zhu , F.R Zhu , H Zhu , K.J Zhu , Y.C Zou , X Zuo
Zhen Cao
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K.J Zhu
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  • Fonction : Auteur
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Résumé

Galaxy clusters act as reservoirs of high-energy cosmic rays (CRs). As CRs propagate through the intracluster medium, they generate diffuse $\gamma$-rays detectable by arrays such as LHAASO. These $\gamma$-rays result from proton-proton ($pp$) collisions of very high-energy cosmic rays (VHECRs) or inverse Compton (IC) scattering of positron-electron pairs created by $p\gamma$ interactions of ultra-high-energy cosmic rays (UHECRs). We analyzed diffuse $\gamma$-ray emission from the Coma, Perseus, and Virgo clusters using LHAASO data. Diffuse emission was modeled as a disk of radius $R_{500}$ for each cluster while accounting for point sources. No significant diffuse emission was detected, yielding 95% confidence level (C.L.) upper limits on the $\gamma$-ray flux: for WCDA (1-25~TeV) and KM2A ($>25$~TeV), less than $(49.4, 13.7, 54.0)$ and $(1.34, 1.14, 0.40) \times 10^{-14}$~ph~cm$^{-2}$~s$^{-1}$ for Coma, Perseus, and Virgo, respectively. The $\gamma$-ray upper limits can be used to derive model-independent constraints on the integral energy of CRp above 10~TeV (corresponding to the LHAASO observational range $>1$~TeV under the $pp$ scenario) to be less than $(1.96, 0.59, 0.08) \times 10^{61}$~erg. The absence of detectable annuli/ring-like structures, indicative of cluster accretion or merging shocks, imposes further constraints on models in which the UHECRs are accelerated in the merging shocks of galaxy clusters.

Dates et versions

hal-04976024 , version 1 (04-03-2025)

Identifiants

Citer

Zhen Cao, F Aharonian, Y.X Bai, Y.W Bao, D Bastieri, et al.. Constraining the Cosmic-ray Energy Based on Observations of Nearby Galaxy Clusters by LHAASO. Astrophys.J.Lett., 2025, 982 (1), pp.L19. ⟨10.3847/2041-8213/adb97d⟩. ⟨hal-04976024⟩
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