Spectral analysis and interpretation of the gamma-ray emission from the Starburst galaxy NGC 253

A. Abramowski; Fabio Acero; F. Aharonian; A. G. Akhperjanian; G. Anton; Agnès Balzer; A. Barnacka; Y. Becherini; J. Becker; K. Bernlöhr; E. Birsin; J. Biteau; A. Bochow; C. Boisson; J. Bolmont; P. Bordas; J. Brucker; F. Brun; P. Brun; T. Bulik; I. Büsching; S. Carrigan; S. Casanova; M. Cerruti; P. M. Chadwick; A. Charbonnier; R. C. G. Chaves; A. Cheesebrough; G. Cologna; J. Conrad; C. Couturier; M. Dalton; M. K. Daniel; I. D. Davids; B. Degrange; C. Deil; H. J. Dickinson; A. Djannati-Ataï; W. Domainko; L. O'C. Drury; G. Dubus; K. Dutson; J. Dyks; M. Dyrda; K. Egberts; P. Eger; P. Espigat; L. Fallon; S. Fegan; F. Feinstein; M. V. Fernandes; A. Fiasson; G. Fontaine; A. Förster; M. Füssling; M. Gajdus; Y. A. Gallant; T. Garrigoux; H. Gast; L. Gérard; B. Giebels; J. F. Glicenstein; B. Glück; D. Göring; M. -H. Grondin; S. Häffner; J. D. Hague; J. Hahn; D. Hampf; J. Harris; M. Hauser; S. Heinz; G. Heinzelmann; G. Henri; G. Hermann; A. Hillert; J. A. Hinton; W. Hofmann; P. Hofverberg; M. Holler; D. Horns; A. Jacholkowska; C. Jahn; M. Jamrozy; I. Jung; M. A. Kastendieck; K. Katarzyński; U. Katz; S. Kaufmann; B. Khélifi; D. Klochkov; W. Kluźniak; T. Kneiske; Nu. Komin; K. Kosack; R. Kossakowski; F. Krayzel; H. Laffon; G. Lamanna; J. -P. Lenain; D. Lennarz; T. Lohse; A. Lopatin; C. -C. Lu; V. Marandon; Alexandre Marcowith; Julien Masbou; G. Maurin; N. Maxted; M. Mayer; T. J. L. Mccomb; M. C. Medina; J. Méhault; R. Moderski; M. Mohamed; Emmanuel Moulin; C. L. Naumann; M. Naumann-Godo; M. de Naurois; D. Nedbal; D. Nekrassov; N. Nguyen; B. Nicholas; J. Niemiec; S. J. Nolan; S. Ohm; E. de Oña Wilhelmi; B. Opitz; M. Ostrowski; I. Oya; M. Panter; M. Paz Arribas; N. W. Pekeur; G. Pelletier; J. Perez; P. -O. Petrucci; B. Peyaud; S. Pita; G. Pühlhofer; M. Punch; A. Quirrenbach; M. Raue; A. Reimer; O. Reimer; Matthieu Renaud; R. de Los Reyes; F. Rieger; J. Ripken; L. Rob; S. Rosier-Lees; G. Rowell; B. Rudak; C. B. Rulten; V. Sahakian; D. A. Sanchez; A. Santangelo; R. Schlickeiser; A. Schulz; U. Schwanke; S. Schwarzburg; S. Schwemmer; F. Sheidaei; J. L. Skilton; H. Sol; G. Spengler; Ł. Stawarz; R. Steenkamp; C. Stegmann; F. Stinzing; K. Stycz; I. Sushch; A. Szostek; J. -P. Tavernet; R. Terrier; M. Tluczykont; K. Valerius; C. van Eldik; George Vasileiadis; C. Venter; A. Viana; P. Vincent; H. J. Völk; F. Volpe; S. Vorobiov; M. Vorster; S. J. Wagner; M. Ward; R. White; A. Wierzcholska; M. Zacharias; A. Zajczyk; A. A. Zdziarski; A. Zech; H. -S. Zechlin

doi:10.1088/0004-637X/757/2/158

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Spectral analysis and interpretation of the gamma-ray emission from the Starburst galaxy NGC 253

Article de revue

Open Access

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Spectral analysis and interpretation of the gamma-ray emission from the Starburst galaxy NGC 253

A. Abramowski, Fabio Acero, F. Aharonian, A. G. Akhperjanian, G. Anton, Agnès Balzer, A. Barnacka, Y. Becherini, J. Becker, K. Bernlöhr, …

The Astrophysical Journal, Vol.757

2012

DOI: https://doi.org/10.1088/0004-637X/757/2/158

Résumé

Very-high-energy (VHE; E >100 GeV) and high-energy (HE; 100 MeV < E < 100 GeV) data from \gamma-ray observations performed with the H.E.S.S. telescope array and the Fermi-LAT instrument, respectively, are analysed in order to investigate the non-thermal processes in the starburst galaxy NGC 253. The VHE \gamma-ray data can be described by a power law in energy with differential photon index \Gamma=2.14 \pm 0.18_stat \pm 0.30_sys and differential flux normalisation at 1 TeV of F_0 = (9.6 \pm 1.5_stat (+5.7,-2.9)_sys) x 10^{-14} TeV^{-1} cm^{-2} s^{-1}. A power-law fit to the differential HE \gamma-ray spectrum reveals a photon index of \Gamma=2.24 \pm 0.14_stat \pm 0.03_sys and an integral flux between 200 MeV and 200 GeV of F(0.2-200 GeV) = (4.9 \pm 1.0_stat \pm 0.3_sys) x 10^{-9} cm^{-2} s^{-1}. No evidence for a spectral break or turnover is found over the dynamic range of both the LAT instrument and the H.E.S.S. experiment: a combined fit of a power law to the HE and VHE \gamma-ray data results in a differential photon index \Gamma=2.34 \pm 0.03 with a p-value of 30%. The \gamma-ray observations indicate that at least about 20% of the energy of the cosmic rays capable of producing hadronic interactions is channeled into pion production. The smooth alignment between the spectra in the HE and VHE \gamma-ray domain suggests that the same transport processes dominate in the entire energy range. Advection is most likely responsible for charged particle removal from the starburst nucleus from GeV to multiple TeV energies. In a hadronic scenario for the \gamma-ray production, the single overall power-law spectrum observed would therefore correspond to the mean energy spectrum produced by the ensemble of cosmic-ray sources in the starburst region.

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Détails

Titre: Spectral analysis and interpretation of the gamma-ray emission from the Starburst galaxy NGC 253
Créateurs - sans rôle: A. Abramowski - Universität Hamburg
Fabio Acero - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
F. Aharonian - National Academy of Sciences of Armenia
A. G. Akhperjanian - A. Alikhanyan National Laboratory
G. Anton - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Agnès Balzer - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
A. Barnacka - Nicolaus Copernicus Astronomical Center
Y. Becherini - Centre National de la Recherche Scientifique
J. Becker - Ruhr University Bochum
K. Bernlöhr - Max Planck Institute for Nuclear Physics
E. Birsin - Humboldt-Universität zu Berlin
J. Biteau - École Polytechnique
A. Bochow - Max Planck Institute for Nuclear Physics
C. Boisson - Université Paris Cité
J. Bolmont - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
P. Bordas - University of Tübingen
J. Brucker - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
F. Brun - Laboratoire Leprince-Ringuet
P. Brun - Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers
T. Bulik - University of Warsaw
I. Büsching - Ruhr University Bochum
S. Carrigan - Max Planck Institute for Nuclear Physics
S. Casanova - Max Planck Institute for Nuclear Physics
M. Cerruti - Université Paris Cité
P. M. Chadwick - Durham University
A. Charbonnier - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
R. C. G. Chaves - Max Planck Institute for Nuclear Physics
A. Cheesebrough - Durham University
G. Cologna - Heidelberg University
J. Conrad - Stockholm University
C. Couturier - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
M. Dalton - Humboldt-Universität zu Berlin
M. K. Daniel - Durham University
I. D. Davids - University of Namibia
B. Degrange - École Polytechnique
C. Deil - Max Planck Institute for Nuclear Physics
H. J. Dickinson - Stockholm University
A. Djannati-Ataï - Université Paris Cité
W. Domainko - Max Planck Institute for Nuclear Physics
L. O'C. Drury
G. Dubus - Centre National de la Recherche Scientifique
K. Dutson - University of Leicester
J. Dyks - Nicolaus Copernicus Astronomical Center
M. Dyrda - Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences
K. Egberts - Universität Innsbruck
P. Eger - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
P. Espigat - Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives
L. Fallon - Dublin Institute For Advanced Studies
S. Fegan - École Polytechnique
F. Feinstein - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
M. V. Fernandes - Universität Hamburg
A. Fiasson - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
G. Fontaine - Laboratoire Leprince-Ringuet
A. Förster - Max Planck Institute for Nuclear Physics
M. Füssling
M. Gajdus - Humboldt-Universität zu Berlin
Y. A. Gallant - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
T. Garrigoux - Sorbonne Université
H. Gast - Max Planck Institute for Nuclear Physics
L. Gérard - Université Paris Cité
B. Giebels - Laboratoire Leprince-Ringuet
J. F. Glicenstein - Institut de Recherche sur les Lois Fondamentales de l'Univers
B. Glück - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
D. Göring - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. -H. Grondin - Heidelberg University
S. Häffner - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
J. D. Hague - Max Planck Institute for Nuclear Physics
J. Hahn - Max Planck Institute for Nuclear Physics
D. Hampf - Universität Hamburg
J. Harris - Durham University
M. Hauser - Heidelberg University
S. Heinz - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
G. Heinzelmann - Universität Hamburg
G. Henri - Centre National de la Recherche Scientifique
G. Hermann - Max Planck Institute for Nuclear Physics
A. Hillert - Max Planck Institute for Nuclear Physics
J. A. Hinton - University of Leicester
W. Hofmann - Max Planck Institute for Nuclear Physics
P. Hofverberg - Max Planck Institute for Nuclear Physics
M. Holler - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
D. Horns - Universität Hamburg
A. Jacholkowska - Sorbonne Université
C. Jahn - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. Jamrozy - Jagiellonian University
I. Jung - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. A. Kastendieck - Universität Hamburg
K. Katarzyński - Nicolaus Copernicus University
U. Katz - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
S. Kaufmann - Heidelberg University
B. Khélifi - Laboratoire Leprince-Ringuet
D. Klochkov - University of Tübingen
W. Kluźniak - Nicolaus Copernicus Astronomical Center
T. Kneiske - Universität Hamburg
Nu. Komin - Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules
K. Kosack - Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives
R. Kossakowski - Centre National de la Recherche Scientifique
F. Krayzel - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
H. Laffon - Laboratoire Leprince-Ringuet
G. Lamanna - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
J. -P. Lenain - Heidelberg University
D. Lennarz
T. Lohse
A. Lopatin
C. -C. Lu
V. Marandon
Alexandre Marcowith - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Julien Masbou - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
G. Maurin - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
N. Maxted
M. Mayer
T. J. L. Mccomb
M. C. Medina
J. Méhault - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
R. Moderski
M. Mohamed
Emmanuel Moulin
C. L. Naumann - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
M. Naumann-Godo
M. de Naurois - Laboratoire Leprince-Ringuet
D. Nedbal
D. Nekrassov
N. Nguyen
B. Nicholas
J. Niemiec
S. J. Nolan
S. Ohm
E. de Oña Wilhelmi
B. Opitz
M. Ostrowski
I. Oya
M. Panter
M. Paz Arribas
N. W. Pekeur
G. Pelletier
J. Perez
P. -O. Petrucci
B. Peyaud
S. Pita - AstroParticule et Cosmologie
G. Pühlhofer
M. Punch - AstroParticule et Cosmologie
A. Quirrenbach
M. Raue
A. Reimer
O. Reimer
Matthieu Renaud - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
R. de Los Reyes
F. Rieger
J. Ripken
L. Rob
S. Rosier-Lees - Laboratoire d’Annecy de Physique des Particules
G. Rowell
B. Rudak
C. B. Rulten
V. Sahakian
D. A. Sanchez
A. Santangelo
R. Schlickeiser
A. Schulz
U. Schwanke
S. Schwarzburg
S. Schwemmer
F. Sheidaei - AstroParticule et Cosmologie
J. L. Skilton
H. Sol - Laboratoire Univers et Théories
G. Spengler
Ł. Stawarz
R. Steenkamp
C. Stegmann
F. Stinzing
K. Stycz
I. Sushch
A. Szostek
J. -P. Tavernet - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
R. Terrier - AstroParticule et Cosmologie
M. Tluczykont
K. Valerius
C. van Eldik
George Vasileiadis - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
C. Venter
A. Viana
P. Vincent - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
H. J. Völk
F. Volpe
S. Vorobiov - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
M. Vorster
S. J. Wagner
M. Ward
R. White
A. Wierzcholska
M. Zacharias
A. Zajczyk
A. A. Zdziarski
A. Zech - Laboratoire Univers et Théories
H. -S. Zechlin
Détails de publication: The Astrophysical Journal, Vol.757
Identifiants: 99160831109311
Unité académique: Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Langue: English
Type de ressource: Journal article
Champs locaux: in2p3-00713837