Observations of M31 and M33 with the Fermi Large Area Telescope: A Galactic Center Excess in Andromeda?

M. Ackermann; M. Ajello; A. Albert; L. Baldini; Jean Ballet; Guido Barbiellini; D. Bastieri; R Bellazzini; E Bissaldi; E. Bottacini; E.D. Bloom; Johan Bregeon; R D Bonino; T.J. Brandt; Pascal Bruel; R D Buehler; R A Cameron; R. Caputo; M. Caragiulo; P. A. Caraveo; E. Cavazzuti; C. Cecchi; E. Charles; A. Chekhtman; G. Chiaro; S. Ciprini; F. Costanza; S. Cutini; F. d'Ammando; F. de Palma; R. Desiante; S. W. Digel; N. Di Lalla; M. Di Mauro; L. Di Venere; C. Favuzzi; S. Funk; P. Fusco; F. Gargano; N. Giglietto; F. Giordano; M. Giroletti; T. Glanzmann; D. Green; I.A. Grenier; Lucas Guillemot; S. Guiriec; K Hayashi; X. Hou; G. Jóhannesson; T. Kamae; Jürgen Knödlseder; A.K.H. Kong; M. Kuss; G. La Mura; S. Larsson; L. Latronico; J. Li; F. Longo; F. Loparco; P. Lubrano; S. Maldera; D. Malyshev,; A. Manfreda; Pierrick Martin; M. N. Mazziotta; P.F. Michelson; N Mirabal; W. Mitthumsiri; T. Mizuno; M.E. Monzani; A. Morselli; I. V. Moskalenko; M. Negro; E. Nuss; T. Ohsugi; N. Omodei; E. Orlando; J. F. Ormes; D. Paneque; M. Persic; M. Pesce-Rollins; F. Piron; T.A. Porter; G. Principe; S. Rainò; R. Rando; M. Razzano; O. Reimer; M. Sánchez Conde; C. Sgró; D. Simone; E. J. Siskind; F S Spada; G. Spandre; P. Spinelli; K Tanaka; L. Tibaldo; D.F Torres; E. Troja; Y Uchiyama; J.C. Wang; K.S. Wood; M. Wood; G. Zaharijas; M. Zhou

doi:10.3847/1538-4357/aa5c3d

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Observations of M31 and M33 with the Fermi Large Area Telescope: A Galactic Center Excess in Andromeda?

Journal article

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Observations of M31 and M33 with the Fermi Large Area Telescope: A Galactic Center Excess in Andromeda?

M. Ackermann, M. Ajello, A. Albert, L. Baldini, Jean Ballet, Guido Barbiellini, D. Bastieri, R Bellazzini, E Bissaldi, E. Bottacini, …

The Astrophysical Journal, Vol.836

2017

DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa5c3d

Abstract

cosmic rays – gamma rays: galaxies – Local Group

The Fermi Large Area Telescope (LAT) has opened the way for comparative studies of cosmic rays (CRs) and high-energy objects in the Milky Way (MW) and in other, external, star-forming galaxies. Using 2 yr of observations with the Fermi LAT, Local Group galaxy M31 was detected as a marginally extended gamma-ray source, while only an upper limit has been derived for the other nearby galaxy M33. We revisited the gamma-ray emission in the direction of M31 and M33 using more than 7 yr of LAT Pass 8 data in the energy range – 0.1 100 GeV, presenting detailed morphological and spectral analyses. M33 remains undetected, and we computed an upper limit of´-of´of´-2.0 10 erg cm s 12 2 1 on the – 0.1 100 GeV energy flux (95% confidence level). This revised upper limit remains consistent with the observed correlation between gamma-ray luminosity and star formation rate tracers and implies an average CR density in M33 that is at most half of that of the MW. M31 is detected with a significance of nearly s 10. Its spectrum is consistent with a power law with photon index G =  + 2.4 0.1 stat syst and a – 0.1 100 GeV energy flux of ()  ´ +-5.6 0.6 10 erg cm s stat syst 12 2 1. M31 is detected to be extended with a s 4 significance. The spatial distribution of the emission is consistent with a uniform-brightness disk with a radius of 0°. 4 and no offset from the center of the galaxy, but nonuniform intensity distributions cannot be excluded. The flux from M31 appears confined to the inner regions of the galaxy and does not fill the disk of the galaxy or extend far from it. The gamma-ray signal is not correlated with regions rich in gas or star formation activity, which suggests that the emission is not interstellar in origin, unless the energetic particles radiating in gamma rays do not originate in recent star formation. Alternative and nonexclusive interpretations are that the emission results from a population of millisecond pulsars dispersed in the bulge and disk of M31 by disrupted globular clusters or from the decay or annihilation of dark matter particles, similar to what has been proposed to account for the so-called Galactic center excess found in Fermi-LAT observations of the MW.

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Details

Title: Observations of M31 and M33 with the Fermi Large Area Telescope: A Galactic Center Excess in Andromeda?
Creators - without role: M. Ackermann - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
M. Ajello - Clemson University
A. Albert - Los Alamos National Laboratory
L. Baldini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
Jean Ballet - Astrophysique, Instrumentation et Modélisation
Guido Barbiellini - University of Trieste
D. Bastieri - University of Padua
R Bellazzini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
E Bissaldi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
E. Bottacini - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
E.D. Bloom - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
Johan Bregeon - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
R D Bonino - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
T.J. Brandt - Goddard Space Flight Center
Pascal Bruel - École Polytechnique
R D Buehler - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
R A Cameron - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
R. Caputo - University of California, Santa Cruz
M. Caragiulo - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
P. A. Caraveo - Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica di Milano
E. Cavazzuti - Agenzia Spaziale Italiana
C. Cecchi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
E. Charles - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
A. Chekhtman - George Mason University
G. Chiaro - University of Padua
S. Ciprini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
F. Costanza - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
S. Cutini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
F. d'Ammando - Istituto di Radioastronomia [Bologna]
F. de Palma - Pegaso University
R. Desiante - University of Udine
S. W. Digel - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
N. Di Lalla - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare [Pisa]
M. Di Mauro - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
L. Di Venere - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
C. Favuzzi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
S. Funk - Universitätsklinikum Erlangen
P. Fusco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
F. Gargano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
N. Giglietto - Polytechnic University of Bari
F. Giordano - Polytechnic University of Bari
M. Giroletti - Istituto di Radioastronomia di Bologna
T. Glanzmann - Stanford University
D. Green - Goddard Space Flight Center
I.A. Grenier - Astrophysique, Instrumentation et Modélisation
Lucas Guillemot - Observatoire de Paris
S. Guiriec - Goddard Space Flight Center
K Hayashi - Nagoya University
X. Hou - National Tsing Hua University
G. Jóhannesson - University of Iceland
T. Kamae - The University of Tokyo
Jürgen Knödlseder - Université Toulouse III - Paul Sabatier
A.K.H. Kong - National Tsing Hua University
M. Kuss - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
G. La Mura - DIEE
S. Larsson - Fraunhofer Chalmers Research Centre for Industrial Mathematics
L. Latronico - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
J. Li - Institute of Space Sciences
F. Longo - University of Trieste
F. Loparco - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
P. Lubrano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
S. Maldera - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
D. Malyshev, - Erlangen Centre for Astroparticle Physics
A. Manfreda - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
Pierrick Martin - Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie
M. N. Mazziotta - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
P.F. Michelson - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
N Mirabal - Goddard Space Flight Center
W. Mitthumsiri - Mahidol University
T. Mizuno - Hiroshima University
M.E. Monzani - SLAC National Accelerator Laboratory
A. Morselli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Roma Tor Vergata
I. V. Moskalenko - Stanford University
M. Negro - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
E. Nuss - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
T. Ohsugi - Hiroshima University
N. Omodei - Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology
E. Orlando - SLAC National Accelerator Laboratory
J. F. Ormes - University of Denver
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 - Universitätsklinikum Erlangen
S. Rainò - Polytechnic University of Bari
R. Rando - University of Padua
M. Razzano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
O. Reimer - Universität Innsbruck
M. Sánchez Conde - Stockholm University
C. Sgró - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
D. Simone - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
E. J. Siskind - Real Time Tomography
F S Spada - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
G. Spandre - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
P. Spinelli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
K Tanaka - Hiroshima University
L. Tibaldo - Max Planck Institute for Nuclear Physics
D.F Torres - Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats
E. Troja - Goddard Space Flight Center
Y Uchiyama - Rikkyo University
J.C. Wang - Chinese Academy of Sciences
K.S. Wood - Praxis
M. Wood - SLAC National Accelerator Laboratory
G. Zaharijas - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste
M. Zhou - Chinese Academy of Sciences
Publication Details: The Astrophysical Journal, Vol.836
Identifiers: 9934102209311
Academic Unit: Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Language: English
Resource Type: Journal article
Local Fields: insu-01522758