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Article Dans Une Revue Astronomy and Astrophysics - A&A Année : 2023

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
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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.

Dates et versions

hal-03822249 , version 1 (20-10-2022)

Identifiants

Citer

S. Abe, A. Aguasca-Cabot, I. Agudo, N. Alvarez Crespo, L.A. Antonelli, et al.. Multi-wavelength study of the galactic PeVatron candidate LHAASO J2108+5157. Astronomy and Astrophysics - A&A, 2023, 673, pp.A75. ⟨10.1051/0004-6361/202245086⟩. ⟨hal-03822249⟩
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