Sensitivity of the Cherenkov Telescope Array to spectral signatures of hadronic PeVatrons with application to Galactic Supernova Remnants

Autor: Consortium, The Cherenkov Telescope Array, Acero, F., Acharyya, A., Adam, R., Aguasca-Cabot, A., Agudo, I., Aguirre-Santaella, A., Alfaro, J., Aloisio, R., Crespo, N. Álvarez, Batista, R. Alves, Amati, L., Amato, E., Ambrosi, G., Angüner, E. O., Aramo, C., Arcaro, C., Armstrong, T., Asano, K., Ascasibar, Y., Aschersleben, J., Backes, M., Baktash, A., Balazs, C., Balbo, M., Ballet, J., Larriva, A. Baquero, Martins, V. Barbosa, de Almeida, U. Barres, Barrio, J. A., Bastieri, D., Baxter, J. R., Tjus, J. Becker, Benbow, W., Bernardos-Martín, M. I., Bernete, J., Berti, A., Bertucci, B., Beshley, V., Bhattacharjee, P., Bhattacharyya, S., Biland, A., Bissaldi, E., Biteau, J., Blanch, O., Bordas, P., Bottacini, E., Bregeon, J., Brose, R., Bucciantini, N., Bulgarelli, A., Capasso, M., Dolcetta, R. A. Capuzzo, Caraveo, P., Cardillo, M., Carosi, R., Casanova, S., Cascone, E., Cassol, F., Catalani, F., Cerruti, M., Chadwick, P., Chaty, S., Chen, A., Chernyakova, M., Chiavassa, A., Chudoba, J., Coimbra-Araujo, C., Conforti, V., Contreras, J. L., Costa, A., Costantini, H., Cristofari, P., Crocker, R., D'Amico, G., D'Ammando, F., De Angelis, A., De Caprio, V., Pino, E. M. de Gouveia Dal, Wilhelmi, E. de Ona, de Souza, V., Delgado, C., della Volpe, D., Depaoli, D., Di Girolamo, T., Di Pierro, F., Di Tria, R., Di Venere, L., Diebold, S., Djuvsland, J. I., Donini, A., Doro, M., Anjos, R. d. C. Dos, Dwarkadas, V. V., Einecke, S., Elsässer, D., Emery, G., Evoli, C., Falceta-Goncalves, D., Fedorova, E., Fegan, S., Ferrand, G., Fiandrini, E., Filipovic, M., Fioretti, V., Fiori, M., Foffano, L., Fontaine, G., Fukami, S., Galanti, G., Galaz, G., Gammaldi, V., Gasbarra, C., Ghalumyan, A., Ghirlanda, G., Giarrusso, M., Giavitto, G., Giglietto, N., Giordano, F., Giroletti, M., Giuliani, A., Giunti, L., Godinovic, N., Coelho, J. Goulart, Gréaux, L., Green, D., Grondin, M-H., Gueta, O., Gunji, S., Hassan, T., Heller, M., Hernández-Cadena, S., Hinton, J., Hnatyk, B., Hnatyk, R., Hoffmann, D., Hofmann, W., Holder, J., Horan, D., Horvath, P., Hrabovsky, M., Hrupec, D., Inada, T., Incardona, F., Inoue, S., Ishio, K., Jamrozy, M., Janecek, P., Martínez, I. Jiménez, Jin, W., Jung-Richardt, I., Jurysek, J., Kaaret, P., Karas, V., Katz, U., Kerszberg, D., Khélifi, B., Kieda, D. B., Kissmann, R., Kleiner, T., Kluge, G., Kluzniak, W., Knödlseder, J., Kobayashi, Y., Kohri, K., Komin, N., Kornecki, P., Kubo, H., La Palombara, N., Láinez, M., Lamastra, A., Lapington, J., Lemoine-Goumard, M., Lenain, J. -P., Leone, F., Leto, G., Leuschner, F., Lindfors, E., Liodakis, I., Lohse, T., Lombardi, S., Longo, F., López-Coto, R., López-Moya, M., López-Oramas, A., Loporchio, S., Luque-Escamilla, P. L., Macias, O., Mackey, J., Majumdar, P., Mandat, D., Manganaro, M., Manicò, G., Marconi, M., Martí, J., Martínez, G., Martinez, M., Martinez, O., Mello, A. J. T. S., Menchiari, S., Meyer, D. M. -A., Micanovic, S., Miceli, D., Miceli, M., Michalowski, J., Miener, T., Miranda, J. M., Mitchell, A., Mode, B., Moderski, R., Mohrmann, L., Molina, E., Montaruli, T., Morcuende, D., Morlino, G., Morselli, A., Mosè, M., Moulin, E., Mukherjee, R., Munari, K., Murach, T., Nagai, A., Nagataki, S., Nemmen, R., Niemiec, J., Nieto, D., Rosillo, M. Nievas, Nikolajuk, M., Nishijima, K., Noda, K., Novosyadlyj, B., Nozaki, S., Ohishi, M., Ohm, S., Ohtani, Y., Okumura, A., Olmi, B., Ong, R. A., Orienti, M., Orito, R., Orlandini, M., Orlando, E., Orlando, S., Ostrowski, M., Oya, I., Pantaleo, F. R., Paredes, J. M., Patricelli, B., Pecimotika, M., Peresano, M., Pérez-Romero, J., Persic, M., Petruk, O., Piano, G., Pietropaolo, E., Pirola, G., Pittori, C., Pohl, M., Ponti, G., Prandini, E., Principe, G., Priyadarshi, C., Pueschel, E., Pühlhofer, G., Pumo, M. L., Quirrenbach, A., Rando, R., Razzaque, S., Reichherzer, P., Reimer, A., Reimer, O., Renaud, M., Reposeur, T., Ribó, M., Richtler, T., Rico, J., Rieger, F., Rigoselli, M., Riitano, L., Rizi, V., Roache, E., Romano, P., Romeo, G., Rosado, J., Rowell, G., Rudak, B., Sadeh, I., Safi-Harb, S., Saha, L., Sailer, S., Sánchez-Conde, M., Sarkar, S., Satalecka, K., Saturni, F. G., Scherer, A., Schovánek, P., Schussler, F., Schwanke, U., Scuderi, S., Seglar-Arroyo, M., Sergijenko, O., Servillat, M., Shang, R-Y., Sharma, P., Siejkowski, H., Sliusar, V., Słowikowska, A., Sol, H., Specovius, A., Spencer, S. T., Spengler, G., Stamerra, A., Stanič, S., Starecki, T., Starling, R., Stolarczyk, T., Pereira, L. A. Stuani, Suda, Y., Suomijarvi, T., Sushch, I., Tajima, H., Tam, P-H. T., Tanaka, S. J., Tavecchio, F., Testa, V., Tian, W., Tibaldo, L., Torres, D. F., Tothill, N., Vallage, B., Vallania, P., van Eldik, C., van Scherpenberg, J., Vandenbroucke, J., Acosta, M. Vazquez, Vecchi, M., Vercellone, S., Verna, G., Viana, A., Vignatti, J., Vitale, V., Vodeb, V., Vorobiov, S., Vuillaume, T., Wagner, S. J., Walter, R., White, M., Wierzcholska, A., Will, M., Williams, D., Yang, L., Yoshida, T., Yoshikoshi, T., Zaharijas, G., Zampieri, L., Zavrtanik, D., Zavrtanik, M., Zhdanov, V. I., Živec, M.
Přispěvatelé: Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM), Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Univers et Théories (LUTH (UMR_8102)), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris, Cherenkov Telescope Array Consortium, Consortium, The Cherenkov Telescope Array, Acero F., Acharyya A., Adam R., Aguasca-Cabot A., Agudo I., Aguirre-Santaella A., Alfaro J., Aloisio R., Crespo N.A., Batista R.A., Amati L., Amato E., Ambrosi G., Anguner E.O., Aramo C., Arcaro C., Armstrong T., Asano K., Ascasibar Y., Aschersleben J., Backes M., Baktash A., Balazs C., Balbo M., Ballet J., Larriva A.B., Martins V.B., de Almeida U.B., Barrio J.A., Bastieri D., Baxter J.R., Tjus J.B., Benbow W., Bernardos-Martin M.I., Bernete J., Berti A., Bertucci B., Beshley V., Bhattacharjee P., Bhattacharyya S., Biland A., Bissaldi E., Biteau J., Blanch O., Bordas P., Bottacini E., Bregeon J., Brose R., Bucciantini N., Bulgarelli A., Capasso M., Dolcetta R.A.C., Caraveo P., Cardillo M., Carosi R., Casanova S., Cascone E., Cassol F., Catalani F., Cerruti M., Chadwick P., Chaty S., Chen A., Chernyakova M., Chiavassa A., Chudoba J., Coimbra-Araujo C., Conforti V., Contreras J.L., Costa A., Costantini H., Cristofari P., Crocker R., D'Amico G., D'Ammando F., De Angelis A., De Caprio V., de Gouveia Dal Pino E.M., de Ona Wilhelmi E., de Souza V., Delgado C., della Volpe D., Depaoli D., Di Girolamo T., Di Pierro F., Di Tria R., Di Venere L., Diebold S., Djuvsland J.I., Donini A., Doro M., Dos Anjos R.D.C., Dwarkadas V.V., Einecke S., Elsasser D., Emery G., Evoli C., Falceta-Goncalves D., Fedorova E., Fegan S., Ferrand G., Fiandrini E., Filipovic M., Fioretti V., Fiori M., Foffano L., Fontaine G., Fukami S., Galanti G., Galaz G., Gammaldi V., Gasbarra C., Ghalumyan A., Ghirlanda G., Giarrusso M., Giavitto G., Giglietto N., Giordano F., Giroletti M., Giuliani A., Giunti L., Godinovic N., Coelho J.G., Greaux L., Green D., Grondin M.-H., Gueta O., Gunji S., Hassan T., Heller M., Hernandez-Cadena S., Hinton J., Hnatyk B., Hnatyk R., Hoffmann D., Hofmann W., Holder J., Horan D., Horvath P., Hrabovsky M., Hrupec D., Inada T., Incardona F., Inoue S., Ishio K., Jamrozy M., Janecek P., Martinez I.J., Jin W., Jung-Richardt I., Jurysek J., Kaaret P., Karas V., Katz U., Kerszberg D., Khelifi B., Kieda D.B., Kissmann R., Kleiner T., Kluge G., Kluzniak W., Knodlseder J., Kobayashi Y., Kohri K., Komin N., Kornecki P., Kubo H., La Palombara N., Lainez M., Lamastra A., Lapington J., Lemoine-Goumard M., Lenain J.-P., Leone F., Leto G., Leuschner F., Lindfors E., Liodakis I., Lohse T., Lombardi S., Longo F., Lopez-Coto R., Lopez-Moya M., Lopez-Oramas A., Loporchio S., Luque-Escamilla P.L., Macias O., Mackey J., Majumdar P., Mandat D., Manganaro M., Manico G., Marconi M., Marti J., Martinez G., Martinez M., Martinez O., Mello A.J.T.S., Menchiari S., Meyer D.M.-A., Micanovic S., Miceli D., Miceli M., Michalowski J., Miener T., Miranda J.M., Mitchell A., Mode B., Moderski R., Mohrmann L., Molina E., Montaruli T., Morcuende D., Morlino G., Morselli A., Mose M., Moulin E., Mukherjee R., Munari K., Murach T., Nagai A., Nagataki S., Nemmen R., Niemiec J., Nieto D., Rosillo M.N., Nikolajuk M., Nishijima K., Noda K., Novosyadlyj B., Nozaki S., Ohishi M., Ohm S., Ohtani Y., Okumura A., Olmi B., Ong R.A., Orienti M., Orito R., Orlandini M., Orlando E., Orlando S., Ostrowski M., Oya I., Pantaleo F.R., Paredes J.M., Patricelli B., Pecimotika M., Peresano M., Perez-Romero J., Persic M., Petruk O., Piano G., Pietropaolo E., Pirola G., Pittori C., Pohl M., Ponti G., Prandini E., Principe G., Priyadarshi C., Pueschel E., Puhlhofer G., Pumo M.L., Quirrenbach A., Rando R., Razzaque S., Reichherzer P., Reimer A., Reimer O., Renaud M., Reposeur T., Ribo M., Richtler T., Rico J., Rieger F., Rigoselli M., Riitano L., Rizi V., Roache E., Romano P., Romeo G., Rosado J., Rowell G., Rudak B., Sadeh I., Safi-Harb S., Saha L., Sailer S., Sanchez-Conde M., Sarkar S., Satalecka K., Saturni F.G., Scherer A., Schovanek P., Schussler F., Schwanke U., Scuderi S., Seglar-Arroyo M., Sergijenko O., Servillat M., Shang R.-Y., Sharma P., Siejkowski H., Sliusar V., Slowikowska A., Sol H., Specovius A., Spencer S.T., Spengler G., Stamerra A., Stanic S., Starecki T., Starling R., Stolarczyk T., Pereira L.A.S., Suda Y., Suomijarvi T., Sushch I., Tajima H., Tam P.-H.T., Tanaka S.J., Tavecchio F., Testa V., Tian W., Tibaldo L., Torres D.F., Tothill N., Vallage B., Vallania P., van Eldik C., van Scherpenberg J., Vandenbroucke J., Acosta M.V., Vecchi M., Vercellone S., Verna G., Viana A., Vignatti J., Vitale V., Vodeb V., Vorobiov S., Vuillaume T., Wagner S.J., Walter R., White M., Wierzcholska A., Will M., Williams D., Yang L., Yoshida T., Yoshikoshi T., Zaharijas G., Zampieri L., Zavrtanik D., Zavrtanik M., Zhdanov V.I., Zivec M.
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
Cherenkov Telescope Array
Gamma rays: general
statistical [methods]
energy spectrum
FOS: Physical sciences
VHE
Settore FIS/05 - Astronomia E Astrofisica
cosmic rays
Methods: data analysis
supernova
data analysis [methods]
[PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det]
Cosmic rays
Instrumentation and Methods for Astrophysics (astro-ph.IM)
Cherenkov Telescope Arra
alactic Supernova Remnants
PeVatrons
Methods: statistical
galactic PeVatrons
High Energy Astrophysical Phenomena (astro-ph.HE)
emission
spectrum
) supernovae: general [(stars]
Astronomy and Astrophysics
sensitivity
observatory
Galactic PeVatrons
cosmic radiation
spectral
galaxy
hadron
(Stars:) supernovae: general
Astrophysics - High Energy Astrophysical Phenomena
Astrophysics - Instrumentation and Methods for Astrophysics
[PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph]
statistical
general [gamma rays]
signature
Zdroj: Astropart.Phys.
Astropart.Phys., 2023, 150, pp.102850. ⟨10.1016/j.astropartphys.2023.102850⟩
DOI: 10.1016/j.astropartphys.2023.102850⟩
Popis: The local Cosmic Ray (CR) energy spectrum exhibits a spectral softening at energies around 3~PeV. Sources which are capable of accelerating hadrons to such energies are called hadronic PeVatrons. However, hadronic PeVatrons have not yet been firmly identified within the Galaxy. Several source classes, including Galactic Supernova Remnants (SNRs), have been proposed as PeVatron candidates. The potential to search for hadronic PeVatrons with the Cherenkov Telescope Array (CTA) is assessed. The focus is on the usage of very high energy $\gamma$-ray spectral signatures for the identification of PeVatrons. Assuming that SNRs can accelerate CRs up to knee energies, the number of Galactic SNRs which can be identified as PeVatrons with CTA is estimated within a model for the evolution of SNRs. Additionally, the potential of a follow-up observation strategy under moonlight conditions for PeVatron searches is investigated. Statistical methods for the identification of PeVatrons are introduced, and realistic Monte--Carlo simulations of the response of the CTA observatory to the emission spectra from hadronic PeVatrons are performed. Based on simulations of a simplified model for the evolution for SNRs, the detection of a $\gamma$-ray signal from in average 9 Galactic PeVatron SNRs is expected to result from the scan of the Galactic plane with CTA after 10 hours of exposure. CTA is also shown to have excellent potential to confirm these sources as PeVatrons in deep observations with $\mathcal{O}(100)$ hours of exposure per source.
Comment: 34 pages, 16 figures, Accepted for publication in Astroparticle Physics
Databáze: OpenAIRE
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