A Search for Cosmic-ray Proton Anisotropy with the Fermi Large Area Telescope

M. Ajello; L. Baldini; G. Barbiellini; D. Bastieri; K. Bechtol; R. Bellazzini; E. Bissaldi; R.D. Blandford; R. Bonino; E. Bottacini; T.J. Brandt; P. Bruel; S. Buson; R.A. Cameron; R. Caputo; E. Cavazzuti; S. Chen; G. Chiaro; S. Ciprini; Johann Cohen-Tanugi; D. Costantin; A. Cuoco; S. Cutini; F. d'Ammando; P. de La Torre Luque; F. de Palma; A. Desai; S.W. Digel; N. Di Lalla; L. Di Venere; A. Domínguez; S.J. Fegan; Y. Fukazawa; S. Funk; P. Fusco; F. Gargano; D. Gasparrini; N. Giglietto; F. Giordano; M. Giroletti; D. Green; I.A. Grenier; S. Guiriec; K. Hayashi; E. Hays; J.W. Hewitt; D. Horan; G. Jóhannesson; M. Kuss; L. Latronico; J. Li; I. Liodakis; F. Longo; F. Loparco; P. Lubrano; S. Maldera; A. Manfreda; G. Martí-Devesa; M.N. Mazziotta; M. Meehan; I. Mereu; M. Meyer; P.F. Michelson; N. Mirabal; W. Mitthumsiri; T. Mizuno; A. Morselli; M. Negro; E. Nuss; N. Omodei; M. Orienti; E. Orlando; V.S. Paliya; D. Paneque; M. Persic; M. Pesce-Rollins; F. Piron; T.A. Porter; G. Principe; S. Rainò; R. Rando; M. Razzano; S. Razzaque; A. Reimer; O. Reimer; D. Serini; C. Sgrò; E.J. Siskind; G. Spandre; P. Spinelli; D.J. Suson; H. Tajima; J.B. Thayer; D.F. Torres; E. Troja; J. Vandenbroucke; M. Yassine; S. Zimmer

doi:10.3847/1538-4357/ab3a2e

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A Search for Cosmic-ray Proton Anisotropy with the Fermi Large Area Telescope

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Peer reviewed

A Search for Cosmic-ray Proton Anisotropy with the Fermi Large Area Telescope

M. Ajello, L. Baldini, G. Barbiellini, D. Bastieri, K. Bechtol, R. Bellazzini, E. Bissaldi, R.D. Blandford, R. Bonino, E. Bottacini, …

The Astrophysical Journal, Vol.883(1)

2019

DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab3a2e

Abstract

p: cosmic radiation

p: energy

anisotropy: dipole

cosmic radiation: anisotropy

cosmic radiation: primary

GLAST

The Fermi Large Area Telescope (LAT) has amassed a large data set of primary cosmic-ray protons throughout its mission. The LAT's wide field of view and full-sky survey capabilities make it an excellent instrument for studying cosmic-ray anisotropy. As a space-based survey instrument, the LAT is sensitive to anisotropy in both right ascension and declination, while ground-based observations only measure the anisotropy in right ascension. We present the results of the first ever proton anisotropy search using Fermi LAT. The data set uses eight years of data and consists of approximately 179 million protons above 78 GeV, enabling it to probe dipole anisotropy below an amplitude of $10^{-3}$, resulting in the most stringent limits on the declination dependence of the dipole to date. We measure a dipole amplitude $\delta = 3.9\pm1.5 \times 10^{-4}$ with a p-value of 0.01 (pre-trials) for protons with a minimum energy of 78 GeV. We discuss various systematic effects that could give rise to a dipole excess and calculate upper limits on the dipole amplitude as a function of minimum energy. The 95% CL upper limit on the dipole amplitude is $\delta_{UL}=1.3\times 10^{-3}$ for protons with a minimum energy of 78 GeV and $\delta_{UL}=1.2 \times 10^{-3}$ for protons with a minimum energy of 251 GeV.

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Details

Title: A Search for Cosmic-ray Proton Anisotropy with the Fermi Large Area Telescope
Creators - without role: M. Ajello - Clemson University
L. Baldini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
G. Barbiellini - University of Trieste
D. Bastieri - University of Padua
K. Bechtol - University of Wisconsin–Madison
R. Bellazzini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
E. Bissaldi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
R.D. Blandford - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
R. Bonino - University of Turin
E. Bottacini - Osservatorio Astronomico di Padova
T.J. Brandt - Goddard Space Flight Center
P. Bruel - Centre National de la Recherche Scientifique
S. Buson - University of Würzburg
R.A. Cameron - Stanford University
R. Caputo - Goddard Space Flight Center
E. Cavazzuti - Agenzia Spaziale Italiana
S. Chen - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova
G. Chiaro - Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica di Milano
S. Ciprini - Agenzia Spaziale Italiana
Johann Cohen-Tanugi - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
D. Costantin - University of Padua
A. Cuoco - RWTH Aachen University
S. Cutini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
F. d'Ammando
P. de La Torre Luque - Polytechnic University of Bari
F. de Palma - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
A. Desai - Clemson University
S.W. Digel - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
N. Di Lalla - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
L. Di Venere - Polytechnic University of Bari
A. Domínguez - Universidad Complutense de Madrid
S.J. Fegan - Laboratoire Leprince-Ringuet
Y. Fukazawa - Hiroshima University
S. Funk - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
P. Fusco - Polytechnic University of Bari
F. Gargano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
D. Gasparrini - Agenzia Spaziale Italiana
N. Giglietto - Polytechnic University of Bari
F. Giordano - Polytechnic University of Bari
M. Giroletti - Istituto di Radioastronomia di Bologna
D. Green - Max Planck Institute for Physics
I.A. Grenier - CEA Paris-Saclay
S. Guiriec - Goddard Space Flight Center
K. Hayashi - Nagoya University
E. Hays - Goddard Space Flight Center
J.W. Hewitt - University of North Florida
D. Horan - Laboratoire Leprince-Ringuet
G. Jóhannesson - KTH Royal Institute of Technology
M. Kuss - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
L. Latronico - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
J. Li - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
I. Liodakis - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
F. Longo - University of Trieste
F. Loparco - Polytechnic University of Bari
P. Lubrano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
S. Maldera - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
A. Manfreda - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
G. Martí-Devesa - Universität Innsbruck
M.N. Mazziotta - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
M. Meehan - University of Wisconsin–Madison
I. Mereu - University of Perugia
M. Meyer - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
P.F. Michelson - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
N. Mirabal - Goddard Space Flight Center
W. Mitthumsiri - Mahidol University
T. Mizuno - Hiroshima University
A. Morselli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Roma Tor Vergata
M. Negro - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
E. Nuss - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
N. Omodei - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
M. Orienti - Istituto di Radioastronomia di Bologna
E. Orlando - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
V.S. Paliya - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
D. Paneque - Max Planck Institute for Physics
M. Persic - National Institute for Astrophysics
M. Pesce-Rollins - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
F. Piron - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
T.A. Porter - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
G. Principe - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
S. Rainò - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
R. Rando - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova
M. Razzano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
S. Razzaque - University of Johannesburg
A. Reimer - Universität Innsbruck
O. Reimer - Universität Innsbruck
D. Serini - Polytechnic University of Bari
C. Sgrò - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
E.J. Siskind - Real Time Tomography
G. Spandre - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
P. Spinelli - Polytechnic University of Bari
D.J. Suson - Purdue University Northwest
H. Tajima - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
J.B. Thayer - Stanford University
D.F. Torres - Institute of Space Sciences
E. Troja - Goddard Space Flight Center
J. Vandenbroucke - University of Wisconsin–Madison
M. Yassine - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste
S. Zimmer - Universität Innsbruck
Publication Details: The Astrophysical Journal, Vol.883(1)
Identifiers: 9938006909311
Academic Unit: Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Language: English
Resource Type: Journal article
Local Fields: hal-02080724