Multi-wavelength study of the galactic PeVatron candidate LHAASO J2108+5157
S. Abe
,
A. Aguasca-Cabot
,
I. Agudo
,
N. Alvarez Crespo
,
L.A. Antonelli
,
C. Aramo
,
A. Arbet-Engels
,
M. Artero
,
K. Asano
,
P. Aubert
(1)
,
A. Baktash
,
A. Bamba
,
A. Baquero Larriva
,
L. Baroncelli
,
U. Barres de Almeida
,
J.A. Barrio
,
I. Batkovic
,
J. Baxter
,
J. Becerra Gonzalez
,
E. Bernardini
,
M.I. Bernardos
,
J. Bernete Medrano
,
A. Berti
,
P. Bhattacharjee
(1)
,
N. Biederbeck
,
C. Bigongiari
,
E. Bissaldi
,
O. Blanch
,
P. Bordas
,
C. Buisson
(1)
,
A. Bulgarelli
,
I. Burelli
,
M. Buscemi
,
M. Cardillo
,
S. Caroff
(1)
,
A. Carosi
,
F. Cassol
(2)
,
D. Cauz
,
G. Ceribella
,
Y. Chai
,
K. Cheng
,
A. Chiavassa
,
M. Chikawa
,
L. Chytka
,
A. Cifuentes
,
J.L. Contreras
,
J. Cortina
,
H. Costantini
(2)
,
G. d'Amico
,
M. Dalchenko
,
A. de Angelis
,
M. de Bony de Lavergne
(1)
,
B. de Lotto
,
R. de Menezes
,
G. Deleglise
(1)
,
C. Delgado
,
J. Delgado Mengual
,
D. Della Volpe
,
M. Dellaiera
(1)
,
A. Di Piano
,
F. Di Pierro
,
R. Di Tria
,
L. Di Venere
,
C. Díaz
,
R.M. Dominik
,
D. Dominis Prester
,
A. Donini
,
D. Dorner
,
M. Doro
,
D. Elsasser
,
G. Emery
,
J. Escudero
,
V. Fallah Ramazani
,
G. Ferrara
,
A. Fiasson
(1)
,
L. Freixas Coromina
,
S. Frose
,
S. Fukami
,
Y. Fukazawa
,
E. Garcia
(1)
,
R. Garcia Lopez
,
D. Gasparrini
,
D. Geyer
,
J. Giesbrecht Paiva
,
N. Giglietto
,
F. Giordano
,
E. Giro
,
P. Gliwny
,
N. Godinovic
,
R. Grau
,
D. Green
,
J. Green
,
S. Gunji
,
J. Hackfeld
,
D. Hadasch
,
A. Hahn
,
K. Hashiyama
,
T. Hassan
,
K. Hayashi
,
L. Heckmann
,
M. Heller
,
J. Herrera Llorente
,
K. Hirotani
,
D. Hoffmann
(2)
,
D. Horns
,
J. Houles
(2)
,
M. Hrabovsky
,
D. Hrupec
,
D. Hui
,
M. Hutten
,
R. Imazawa
,
T. Inada
,
Y. Inome
,
K. Ioka
,
M. Iori
,
K. Ishio
,
Y. Iwamura
,
M. Jacquemont
(1)
,
I. Jimenez Martinez
,
J. Jurysek
,
M. Kagaya
,
V. Karas
,
H. Katagiri
,
J. Kataoka
,
D. Kerszberg
,
Y. Kobayashi
,
A. Kong
,
H. Kubo
,
J. Kushida
,
M. Lainez
,
G. Lamanna
(1)
,
A. Lamastra
,
T. Le Flour
(1)
,
M. Linhoff
,
F. Longo
,
R. Lopez-Coto
,
M. Lopez-Moya
,
A. Lopez-Oramas
,
S. Loporchio
,
A. Lorini
,
P.L. Luque-Escamilla
,
P. Majumdar
,
M. Makariev
,
D. Mandat
,
M. Manganaro
,
G. Manico
,
K. Mannheim
,
M. Mariotti
,
P. Marquez
,
G. Marsella
,
J. Marti
,
O. Martinez
,
G. Martínez
,
M. Martínez
,
P. Marusevec
,
A. Mas-Aguilar
,
G. Maurin
(1)
,
D. Mazin
,
E. Mestre Guillen
,
S. Micanovic
,
D. Miceli
,
T. Miener
,
J.M. Miranda
,
R. Mirzoyan
,
T. Mizuno
,
M. Molero Gonzalez
,
E. Molina
,
T. Montaruli
,
I. Monteiro
(1)
,
A. Moralejo
,
D. Morcuende
,
A. Morselli
,
K. Mrakovcic
,
K. Murase
,
A. Nagai
,
T. Nakamori
,
L. Nickel
,
M. Nievas
,
K. Nishijima
,
K. Noda
,
D. Nosek
,
S. Nozaki
,
M. Ohishi
,
Y. Ohtani
,
N. Okazaki
,
A. Okumura
,
R. Orito
,
J. Otero-Santos
,
M. Palatiello
,
D. Paneque
,
F.R. Pantaleo
,
R. Paoletti
,
J.M. Paredes
,
L. Pavletic
,
M. Pech
,
M. Pecimotika
,
E. Pietropaolo
,
G. Pirola
,
F. Podobnik
,
V. Poireau
(1)
,
M. Polo
,
E. Pons
(1)
,
E. Prandini
,
J. Prast
(1)
,
C. Priyadarshi
,
M. Prouza
,
R. Rando
,
W. Rhode
,
M. Ribo
,
V. Rizi
,
G. Rodriguez Fernandez
,
T. Saito
,
S. Sakurai
,
D.A. Sanchez
(1)
,
T. Saric
,
F.G. Saturni
,
J. Scherpenberg
,
B. Schleicher
,
F. Schmuckermaier
,
J.L. Schubert
,
F. Schussler
(3)
,
T. Schweizer
,
M. Seglar Arroyo
(1)
,
J. Sitarek
,
V. Sliusar
,
A. Spolon
,
J. Striskovic
,
M. Strzys
,
Y. Suda
,
Y. Sunada
,
H. Tajima
,
M. Takahashi
,
H. Takahashi
,
J. Takata
,
R. Takeishi
,
P.H.T. Tam
,
S.J. Tanaka
,
D. Tateishi
,
P. Temnikov
,
Y. Terada
,
K. Terauchi
,
T. Terzic
,
M. Teshima
,
M. Tluczykont
,
F. Tokanai
,
D.F. Torres
,
P. Travnicek
,
S. Truzzi
,
A. Tutone
,
G. Uhlrich
,
M. Vacula
,
M. Vazquez Acosta
,
V. Verguilov
,
I. Viale
,
A. Vigliano
,
C.F. Vigorito
,
V. Vitale
,
G. Voutsinas
,
I. Vovk
,
T. Vuillaume
(1)
,
R. Walter
,
M. Will
,
T. Yamamoto
,
R. Yamazaki
,
T. Yoshida
,
T. Yoshikoshi
,
N. Zywucka
,
M. Balbo
,
D. Eckert
,
A. Tramacere
S. Abe
- Fonction : Auteur
A. Aguasca-Cabot
- Fonction : Auteur
I. Agudo
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N. Alvarez Crespo
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L.A. Antonelli
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C. Aramo
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A. Arbet-Engels
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M. Artero
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K. Asano
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A. Baktash
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A. Bamba
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A. Baquero Larriva
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L. Baroncelli
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U. Barres de Almeida
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J.A. Barrio
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I. Batkovic
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J. Baxter
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J. Becerra Gonzalez
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E. Bernardini
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M.I. Bernardos
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J. Bernete Medrano
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A. Berti
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N. Biederbeck
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C. Bigongiari
- Fonction : Auteur
E. Bissaldi
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O. Blanch
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P. Bordas
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A. Bulgarelli
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I. Burelli
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M. Buscemi
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M. Cardillo
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A. Carosi
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D. Cauz
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G. Ceribella
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Y. Chai
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K. Cheng
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A. Chiavassa
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M. Chikawa
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L. Chytka
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A. Cifuentes
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J.L. Contreras
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J. Cortina
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G. d'Amico
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M. Dalchenko
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A. de Angelis
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B. de Lotto
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R. de Menezes
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C. Delgado
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J. Delgado Mengual
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D. Della Volpe
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A. Di Piano
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F. Di Pierro
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R. Di Tria
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L. Di Venere
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C. Díaz
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R.M. Dominik
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D. Dominis Prester
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A. Donini
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D. Dorner
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D. Elsasser
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G. Emery
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S. Frose
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R. Grau
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D. Green
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S. Sakurai
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T. Saric
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Y. Suda
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Y. Sunada
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H. Tajima
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M. Takahashi
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H. Takahashi
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R. Takeishi
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Y. Terada
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K. Terauchi
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T. Terzic
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M. Teshima
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M. Tluczykont
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F. Tokanai
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D.F. Torres
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P. Travnicek
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S. Truzzi
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A. Tutone
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G. Uhlrich
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M. Vacula
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M. Vazquez Acosta
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V. Verguilov
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I. Viale
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A. Vigliano
- Fonction : Auteur
C.F. Vigorito
- Fonction : Auteur
V. Vitale
- Fonction : Auteur
G. Voutsinas
- Fonction : Auteur
I. Vovk
- Fonction : Auteur
R. Walter
- Fonction : Auteur
M. Will
- Fonction : Auteur
T. Yamamoto
- Fonction : Auteur
R. Yamazaki
- Fonction : Auteur
T. Yoshida
- Fonction : Auteur
T. Yoshikoshi
- Fonction : Auteur
N. Zywucka
- Fonction : Auteur
M. Balbo
- Fonction : Auteur
D. Eckert
- Fonction : Auteur
A. Tramacere
- Fonction : Auteur
Résumé
LHAASO J2108+5157 is one of the few known unidentified Ultra-High-Energy (UHE) gamma-ray sources with no Very-High-Energy (VHE) counterpart, recently discovered by the LHAASO collaboration. We observed LHAASO J2108+5157 in the X-ray band with XMM-Newton in 2021 for a total of 3.8 hours and at TeV energies with the Large-Sized Telescope prototype (LST-1), yielding 49 hours of good quality data. In addition, we analyzed 12 years of Fermi-LAT data, to better constrain emission of its High-Energy (HE) counterpart 4FGL J2108.0+5155. We found an excess (3.7 sigma) in the LST-1 data at energies E > 3 TeV. Further analysis in the whole LST-1 energy range assuming a point-like source, resulted in a hint (2.2 sigma) of hard emission which can be described with a single power law with photon index Gamma = 1.6 +- 0.2 between 0.3 - 100 TeV. We did not find any significant extended emission which could be related to a Supernova Remnant (SNR) or Pulsar Wind Nebula (PWN) in the XMM-Newton data, which puts strong constraints on possible synchrotron emission of relativistic electrons. The LST-1 and LHAASO observations can be explained as inverse Compton dominated leptonic emission of relativistic electrons with cutoff energy of 100+70-30 TeV. The low magnetic field in the source imposed by the X-ray upper limits on synchrotron emission is compatible with a hypothesis of a TeV halo. Furthermore, the spectral properties of the HE counterpart are consistent with a hypothesis of Geminga-like pulsar, which would be able to power the VHE-UHE emission. LST-1 and Fermi-LAT upper limits impose strong constraints on hadronic scenario of pi-0 decay dominated emission from accelerated protons interacting with nearby molecular clouds, requiring hard spectral index, which is incompatible with the standard diffusive acceleration scenario.
Mots clés
radiation mechanisms: non-thermal
gamma rays: general
pulsars: general
ISM: individual objects: LHAASO J2108+5157
electron: relativistic
p: interaction
magnetic field: low
TeV
synchrotron
GLAST
UHE
VHE
pulsar
X-ray
spectral
power spectrum
acceleration
quality
supernova
photon
cloud
gamma ray
galaxy
halo