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Title:
Primary particle acceleration above 100 TeV in the shell-type supernova remnant RX J1713.7-3946 with deep HESS observations
Authors:
Aharonian, F.; Akhperjanian, A. G.; Bazer-Bachi, A. R.; Beilicke, M.; Benbow, W.; Berge, D.; Bernlöhr, K.; Boisson, C.; Bolz, O.; Borrel, V.; Braun, I.; Brion, E.; Brown, A. M.; Bühler, R.; Büsching, I.; Carrigan, S.; Chadwick, P. M.; Chounet, L.-M.; Coignet, G.; Cornils, R.; Costamante, L.; Degrange, B.; Dickinson, H. J.; Djannati-Ataï, A.; O'C. Drury, L.; Dubus, G.; Egberts, K.; Emmanoulopoulos, D.; Espigat, P.; Feinstein, F.; Ferrero, E.; Fiasson, A.; Fontaine, G.; Funk, Seb.; Funk, S.; Füßling, M.; Gallant, Y. A.; Giebels, B.; Glicenstein, J. F.; Glück, B.; Goret, P.; Hadjichristidis, C.; Hauser, D.; Hauser, M.; Heinzelmann, G.; Henri, G.; Hermann, G.; Hinton, J. A.; Hoffmann, A.; Hofmann, W.; Holleran, M.; Hoppe, S.; Horns, D.; Jacholkowska, A.; de Jager, O. C.; Kendziorra, E.; Kerschhaggl, M.; Khélifi, B.; Komin, Nu.; Konopelko, A.; Kosack, K.; Lamanna, G.; Latham, I. J.; Le Gallou, R.; Lemière, A.; Lemoine-Goumard, M.; Lohse, T.; Martin, J. M.; Martineau-Huynh, O.; Marcowith, A.; Masterson, C.; Maurin, G.; McComb, T. J. L.; Moulin, E.; de Naurois, M.; Nedbal, D.; Nolan, S. J.; Noutsos, A.; Olive, J.-P.; Orford, K. J.; Osborne, J. L.; Panter, M.; Pelletier, G.; Pita, S.; Pühlhofer, G.; Punch, M.; Ranchon, S.; Raubenheimer, B. C.; Raue, M.; Rayner, S. M.; Reimer, A.; Reimer, O.; Ripken, J.; Rob, L.; Rolland, L.; Rosier-Lees, S.; Rowell, G.; Sahakian, V.; Santangelo, A.; Saugé, L.; Schlenker, S.; Schlickeiser, R.; Schröder, R.; Schwanke, U.; Schwarzburg, S.; Schwemmer, S.; Shalchi, A.; Sol, H.; Spangler, D.; Spanier, F.; Steenkamp, R.; Stegmann, C.; Superina, G.; Tam, P. H.; Tavernet, J.-P.; Terrier, R.; Tluczykont, M.; van Eldik, C.; Vasileiadis, G.; Venter, C.; Vialle, J. P.; Vincent, P.; Völk, H. J.; Wagner, S. J.; Ward, M.
Affiliation:
AA(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany ), AB(Yerevan Physics Institute, 2 Alikhanian Brothers St., 375036 Yerevan, Armenia), AC(Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements, CNRS/UPS, 9 av. du Colonel Roche, BP 4346, 31029 Toulouse Cedex 4, France), AD(Universität Hamburg, Institut für Experimentalphysik, Luruper Chaussee 149, 22761 Hamburg, Germany), AE(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), AF(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), AG(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany; Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Newtonstr. 15, 12489 Berlin, Germany), AH(LUTH, UMR 8102 du CNRS, Observatoire de Paris, Section de Meudon, 92195 Meudon Cedex, France), AI(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), AJ(Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements, CNRS/UPS, 9 av. du Colonel Roche, BP 4346, 31029 Toulouse Cedex 4, France), AK(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), AL(DAPNIA/DSM/CEA, CE Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, Cedex, France), AM(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK), AN(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), AO(Unit for Space Physics, North-West University, Potchefstroom 2520, South Africa), AP(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), AQ(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK), AR(Laboratoire Leprince-Ringuet, IN2P3/CNRS, Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau, France), AS(Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules, IN2P3/CNRS, 9 Chemin de Bellevue, BP 110, 74941 Annecy-le-Vieux Cedex, France), AT(Universität Hamburg, Institut für Experimentalphysik, Luruper Chaussee 149, 22761 Hamburg, Germany), AU(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany; European Associated Laboratory for Gamma-Ray Astronomy, jointly supported by CNRS and MPG), AV(Laboratoire Leprince-Ringuet, IN2P3/CNRS, Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau, France), AW(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK), AX(APC, 11 Place Marcelin Berthelot, 75231 Paris Cedex 05, France (UMR 7164 (CNRS, Université Paris VII, CEA, Observatoire de Paris).)), AY(Dublin Institute for Advanced Studies, 5 Merrion Square, Dublin 2, Ireland), AZ(Laboratoire Leprince-Ringuet, IN2P3/CNRS, Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau, France), BA(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), BB(Landessternwarte, Universität Heidelberg, Königstuhl, 69117 Heidelberg, Germany), BC(APC, 11 Place Marcelin Berthelot, 75231 Paris Cedex 05, France (UMR 7164 (CNRS, Université Paris VII, CEA, Observatoire de Paris).)), BD(Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules, IN2P3/CNRS, Université Montpellier II, CC 70, Place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 5, France), BE(Landessternwarte, Universität Heidelberg, Königstuhl, 69117 Heidelberg, Germany), BF(Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules, IN2P3/CNRS, Université Montpellier II, CC 70, Place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 5, France), BG(Laboratoire Leprince-Ringuet, IN2P3/CNRS, Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau, France), BH(Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Newtonstr. 15, 12489 Berlin, Germany), BI(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), BJ(Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Newtonstr. 15, 12489 Berlin, Germany), BK(Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules, IN2P3/CNRS, Université Montpellier II, CC 70, Place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 5, France), BL(Laboratoire Leprince-Ringuet, IN2P3/CNRS, Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau, France), BM(DAPNIA/DSM/CEA, CE Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, Cedex, France), BN(Universität Erlangen-Nürnberg, Physikalisches Institut, Erwin-Rommel-Str. 1, 91058 Erlangen, Germany), BO(DAPNIA/DSM/CEA, CE Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, Cedex, France), BP(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK), BQ(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), BR(Landessternwarte, Universität Heidelberg, Königstuhl, 69117 Heidelberg, Germany), BS(Universität Hamburg, Institut für Experimentalphysik, Luruper Chaussee 149, 22761 Hamburg, Germany), BT(Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble, INSU/CNRS, Université Joseph Fourier, BP 53, 38041 Grenoble Cedex 9, France), BU(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), BV(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany; Landessternwarte, Universität Heidelberg, Königstuhl, 69117 Heidelberg, Germany), BW(Institut für Astronomie und Astrophysik, Universität Tübingen, Sand 1, 72076 Tübingen, Germany), BX(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), BY(Unit for Space Physics, North-West University, Potchefstroom 2520, South Africa), BZ(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), CA(Institut für Astronomie und Astrophysik, Universität Tübingen, Sand 1, 72076 Tübingen, Germany), CB(Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules, IN2P3/CNRS, Université Montpellier II, CC 70, Place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 5, France), CC(Unit for Space Physics, North-West University, Potchefstroom 2520, South Africa), CD(Institut für Astronomie und Astrophysik, Universität Tübingen, Sand 1, 72076 Tübingen, Germany), CE(Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Newtonstr. 15, 12489 Berlin, Germany), CF(Laboratoire Leprince-Ringuet, IN2P3/CNRS, Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau, France ; Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), CG(Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules, IN2P3/CNRS, Université Montpellier II, CC 70, Place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 5, France), CH(Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Newtonstr. 15, 12489 Berlin, Germany), CI(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), CJ(Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules, IN2P3/CNRS, 9 Chemin de Bellevue, BP 110, 74941 Annecy-le-Vieux Cedex, France), CK(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK), CL(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK), CM(APC, 11 Place Marcelin Berthelot, 75231 Paris Cedex 05, France (UMR 7164 (CNRS, Université Paris VII, CEA, Observatoire de Paris).)), CN(Laboratoire Leprince-Ringuet, IN2P3/CNRS, Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau, France), CO(Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Newtonstr. 15, 12489 Berlin, Germany), CP(LUTH, UMR 8102 du CNRS, Observatoire de Paris, Section de Meudon, 92195 Meudon Cedex, France), CQ(Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Energies, IN2P3/CNRS, Universités Paris VI & VII, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 5, France), CR(Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements, CNRS/UPS, 9 av. du Colonel Roche, BP 4346, 31029 Toulouse Cedex 4, France), CS(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany; European Associated Laboratory for Gamma-Ray Astronomy, jointly supported by CNRS and MPG), CT(APC, 11 Place Marcelin Berthelot, 75231 Paris Cedex 05, France (UMR 7164 (CNRS, Université Paris VII, CEA, Observatoire de Paris).)), CU(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK), CV(Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules, IN2P3/CNRS, Université Montpellier II, CC 70, Place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 5, France), CW(Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Energies, IN2P3/CNRS, Universités Paris VI & VII, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 5, France), CX(Institute of Particle and Nuclear Physics, Charles University, V Holesovickach 2, 180 00 Prague 8, Czech Republic), CY(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK), CZ(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK), DA(Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements, CNRS/UPS, 9 av. du Colonel Roche, BP 4346, 31029 Toulouse Cedex 4, France), DB(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK), DC(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK), DD(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), DE(Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble, INSU/CNRS, Université Joseph Fourier, BP 53, 38041 Grenoble Cedex 9, France), DF(APC, 11 Place Marcelin Berthelot, 75231 Paris Cedex 05, France (UMR 7164 (CNRS, Université Paris VII, CEA, Observatoire de Paris).)), DG(Landessternwarte, Universität Heidelberg, Königstuhl, 69117 Heidelberg, Germany), DH(APC, 11 Place Marcelin Berthelot, 75231 Paris Cedex 05, France (UMR 7164 (CNRS, Université Paris VII, CEA, Observatoire de Paris).)), DI(Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules, IN2P3/CNRS, 9 Chemin de Bellevue, BP 110, 74941 Annecy-le-Vieux Cedex, France), DJ(Unit for Space Physics, North-West University, Potchefstroom 2520, South Africa), DK(Universität Hamburg, Institut für Experimentalphysik, Luruper Chaussee 149, 22761 Hamburg, Germany), DL(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK), DM(Institut für Theoretische Physik, Lehrstuhl IV: Weltraum und Astrophysik, Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Germany), DO(Universität Hamburg, Institut für Experimentalphysik, Luruper Chaussee 149, 22761 Hamburg, Germany), DP(Institute of Particle and Nuclear Physics, Charles University, V Holesovickach 2, 180 00 Prague 8, Czech Republic), DQ(DAPNIA/DSM/CEA, CE Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette, Cedex, France), DR(Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules, IN2P3/CNRS, 9 Chemin de Bellevue, BP 110, 74941 Annecy-le-Vieux Cedex, France), DS(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), DT(Yerevan Physics Institute, 2 Alikhanian Brothers St., 375036 Yerevan, Armenia), DU(Institut für Astronomie und Astrophysik, Universität Tübingen, Sand 1, 72076 Tübingen, Germany), DV(Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble, INSU/CNRS, Université Joseph Fourier, BP 53, 38041 Grenoble Cedex 9, France), DW(Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Newtonstr. 15, 12489 Berlin, Germany), DX(Institut für Theoretische Physik, Lehrstuhl IV: Weltraum und Astrophysik, Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Germany), DY(Institut für Theoretische Physik, Lehrstuhl IV: Weltraum und Astrophysik, Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Germany), DZ(Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Newtonstr. 15, 12489 Berlin, Germany), EA(Institut für Astronomie und Astrophysik, Universität Tübingen, Sand 1, 72076 Tübingen, Germany), EB(Landessternwarte, Universität Heidelberg, Königstuhl, 69117 Heidelberg, Germany), EC(Institut für Theoretische Physik, Lehrstuhl IV: Weltraum und Astrophysik, Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Germany), ED(LUTH, UMR 8102 du CNRS, Observatoire de Paris, Section de Meudon, 92195 Meudon Cedex, France), EE(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK), EF(Institut für Theoretische Physik, Lehrstuhl IV: Weltraum und Astrophysik, Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, Germany), EG(University of Namibia, Private Bag 13301, Windhoek, Namibia), EH(Universität Erlangen-Nürnberg, Physikalisches Institut, Erwin-Rommel-Str. 1, 91058 Erlangen, Germany), EI(Laboratoire Leprince-Ringuet, IN2P3/CNRS, Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau, France), EJ(Landessternwarte, Universität Heidelberg, Königstuhl, 69117 Heidelberg, Germany), EK(Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Energies, IN2P3/CNRS, Universités Paris VI & VII, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 5, France), EL(APC, 11 Place Marcelin Berthelot, 75231 Paris Cedex 05, France (UMR 7164 (CNRS, Université Paris VII, CEA, Observatoire de Paris).)), EM(Laboratoire Leprince-Ringuet, IN2P3/CNRS, Ecole Polytechnique, 91128 Palaiseau, France ; European Associated Laboratory for Gamma-Ray Astronomy, jointly supported by CNRS and MPG), EN(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), EO(Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules, IN2P3/CNRS, Université Montpellier II, CC 70, Place Eugène Bataillon, 34095 Montpellier Cedex 5, France), EP(Unit for Space Physics, North-West University, Potchefstroom 2520, South Africa), EQ(Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique des Particules, IN2P3/CNRS, 9 Chemin de Bellevue, BP 110, 74941 Annecy-le-Vieux Cedex, France), ER(Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Energies, IN2P3/CNRS, Universités Paris VI & VII, 4 Place Jussieu, 75252 Paris Cedex 5, France), ES(Max-Planck-Institut für Kernphysik, PO Box 103980, 69029 Heidelberg, Germany), ET(Landessternwarte, Universität Heidelberg, Königstuhl, 69117 Heidelberg, Germany), EU(University of Durham, Department of Physics, South Road, Durham DH1 3LE, UK)
Publication:
Astronomy and Astrophysics, Volume 464, Issue 1, March II 2007, pp.235-243 (A&A Homepage)
Publication Date:
03/2007
Origin:
EDP Sciences
Keywords:
acceleration of particles, ISM: cosmic rays, gamma rays:, observations, ISM: supernova remnants
DOI:
10.1051/0004-6361:20066381
Bibliographic Code:
2007A&A...464..235A

Abstract

Aims:We present deep HESS observations of the supernova remnant (SNR) RX J1713.7-3946. Combining data of three years - from 2003 to 2005 - we obtain significantly increased statistics and energy coverage as compared to earlier 2003 and 2004 results.
Methods: The data are analysed separately for the different years.
Results: Very good agreement of the gamma-ray morphology and the differential spectra is found when comparing the three years. The combined gamma-ray image of the 2004 and 2005 data reveals the morphology of RX J1713.7-3946 with unprecedented precision. An angular resolution of 0.06° is achieved, revealing the detailed structure of the remnant. The combined spectrum of all three years extends over three orders of magnitude, with significant gamma-ray emission approaching 100 TeV. The cumulative significance above 30 TeV is 4.8σ, while for energies between 113 and 294 TeV an upper limit on the gamma-ray flux of 1.6× 10-16~cm-2~s-1 is obtained.
Conclusions: .The energy coverage of the HESS data is presumably at the limit of present generation Cherenkov telescopes. The measurement of significant gamma-ray emission beyond 30 TeV formally implies the existence of primary particles of at least that energy. However, for realistic scenarios of very-high-energy gamma-ray production, the Inverse Compton scattering of very-high-energy electrons and π0 decay following inelastic proton-proton interactions, the measured gamma-ray energies imply that efficient acceleration of primary particles to energies exceeding 100 TeV is taking place in the shell of the SNR RX J1713.7-3946.
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