Detection prospects of very and ultra high-energy gamma rays from extended sources with ASTRI, CTA, and LHAASO

被引：3

作者：

Celli, S. ^{[1
,2
,3
]}

Peron, G. ^{[4
,5
]}

机构：

[1] Sapienza Univ Roma, Dipartimento Fis, Ple Aldo Moro 2, I-00185 Rome, Italy

[2] Sezione Roma, Ist Nazl Fis Nucl, Ple Aldo Moro 2, I-00185 Rome, Italy

[3] Ist Nazl Astrofis, Osservatorio Astron Roma, Rome, Italy

[4] Ist Nazl Astrofis, Osservatorio Astrofis Arcetri, Lgo Fermi 5, Florence, Italy

[5] Univ Paris Cite, CNRS, Astroparticule & Cosmol, F-75013 Paris, France

来源：

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS | 2024年 / 689卷

关键词：

astroparticle physics; radiation mechanisms: non-thermal; telescopes; catalogs; ISM: clouds; cosmic rays; CRAB-NEBULA; PARTICLE-ACCELERATION; MOLECULAR CLOUDS; TEV; RADIATION; SIGNATURES; PEVATRONS; DENSITY; CATALOG; PULSARS;

D O I：

10.1051/0004-6361/202449837

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Context. The recent discovery of several ultra high-energy gamma-ray emitters in our Galaxy represents a significant advancement towards the characterisation of its most powerful accelerators. Nonetheless, in order to unambiguously locate the regions where the highest energy particles are produced and understand the responsible physical mechanisms, detailed spectral and morphological studies are required, especially given that most of the observed sources were found to be significantly extended. Aims. In these regards, pointing observations with the next-generation Imaging Atmospheric Cherenkov Telescopes, such as the Cherenkov Telescope Array (CTA) Observatory and the ASTRI Mini-Array (ASTRI), are expected to provide significant improvements. Here we aim to identify the most promising sources to target in future observations. Methods. For this purpose, we performed a comparative analysis of the expected performance of ASTRI and CTA, computing their differential sensitivities towards extended sources, and further explored their capabilities with respect to specific case studies, including follow-ups of existing gamma-ray source catalogues. Results. We find that almost all of the sources thus far detected by LHAASO-WCDA and in the H.E.S.S. Galactic Plane Survey will be in the reach of ASTRI and CTA with about 300 and 50 hours of exposure, respectively. For the highest energy emitters detected by LHAASO-KM2A, in turn, we provide a list of the most promising objects that would require further investigation. We additionally examined specific classes of sources in order to identify potentially detectable gamma-ray emitters, such as passive molecular clouds (i.e. illuminated by the cosmic-ray sea) and pulsars surrounded by a halo of runaway particles.

引用

页数：22

共 70 条

[1] Cosmic ray spectrum and composition from PeV to EeV using 3 years of data from IceTop and IceCube [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Alispach, C. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I ;

Anton, G. ;

Arguelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Backes, P. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Barbano, A. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V ;

Baur, S. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, K-H ;

Tjus, J. Becker ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Boettcher, J. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Bretz, H-P ;

Bron, S. ;

Brostean-Kaiser, J. ;

Burgman, A. ;

Buscher, J. ;

Busse, R. S. ;

Carver, T. ;

Chen, C. .

PHYSICAL REVIEW D, 2019, 100 (08)

[2] Evidence of 100 TeV γ-ray emission from HESS J1702-420: A new PeVatron candidate [J].

Abdalla, H. ;

Aharonian, F. ;

Benkhali, F. Ait ;

Anguner, E. O. ;

Arcaro, C. ;

Armand, C. ;

Armstrong, T. ;

Ashkar, H. ;

Backes, M. ;

Baghmanyan, V ;

Martins, V. Barbosa ;

Barnacka, A. ;

Barnard, M. ;

Becherini, Y. ;

Berge, D. ;

Bernloehr, K. ;

Bi, B. ;

Bottcher, M. ;

Boisson, C. ;

Bolmont, J. ;

de Lavergne, M. de Bony ;

Breuhaus, M. ;

Brun, F. ;

Brun, P. ;

Bryan, M. ;

Buechele, M. ;

Bulik, T. ;

Bylund, T. ;

Caroff, S. ;

Carosi, A. ;

Casanova, S. ;

Chand, T. ;

Chandra, S. ;

Chen, A. ;

Cotter, G. ;

Mbarubucyeye, J. Damascene ;

Davids, I. D. ;

Davies, J. ;

Deil, C. ;

Devin, J. ;

Dirson, L. ;

Djannati-Atai, A. ;

Dmytriiev, A. ;

Donath, A. ;

Doroshenko, V ;

Dreyer, L. ;

Duffy, C. ;

Dyks, J. ;

Egberts, K. ;

Eichhorn, F. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2021, 653

[3] Very-high-energy particle acceleration powered by the jets of the microquasar SS 433 [J].

Abeysekara, A. U. ;

Albert, A. ;

Alfaro, R. ;

Alvarez, C. ;

Alvarez, J. D. ;

Arceo, R. ;

Arteaga-Velazquez, J. C. ;

Avila Rojas, D. ;

Solares, H. A. Ayala ;

Belmont-Moreno, E. ;

BenZvi, S. Y. ;

Brisbois, C. ;

Caballero-Mora, K. S. ;

Capistran, T. ;

Carraminana, A. ;

Casanova, S. ;

Castillo, M. ;

Cotti, U. ;

Cotzomi, J. ;

Coutino de Leon, S. ;

De Leon, C. ;

De la Fuente, E. ;

Diaz-Velez, J. C. ;

Dichiara, S. ;

Dingus, B. L. ;

DuVernois, M. A. ;

Ellsworth, R. W. ;

Engel, K. ;

Espinoza, C. ;

Fang, K. ;

Fleischhack, H. ;

Fraija, N. ;

Galvan-Gamez, A. ;

Garcia-Gonzalez, J. A. ;

Garfias, F. ;

Gonzalez-Munoz, A. ;

Gonzalez, M. M. ;

Goodman, J. A. ;

Hampel-Arias, Z. ;

Harding, J. P. ;

Hernandez, S. ;

Hinton, J. ;

Hona, B. ;

Hueyotl-Zahuantitla, F. ;

Hui, C. M. ;

Huntemeyer, P. ;

Iriarte, A. ;

Jardin-Blicq, A. ;

Joshi, V ;

Kaufmann, S. .

NATURE, 2018, 562 (7725) :82-+

[4] Extended gamma-ray sources around pulsars constrain the origin of the positron flux at Earth [J].

Abeysekara, A. U. ;

Albert, A. ;

Alfaro, R. ;

Alvarez, C. ;

Alvarez, J. D. ;

Arceo, R. ;

Arteaga-Velazquez, J. C. ;

Rojas, D. Avila ;

Solares, H. A. Ayala ;

Barber, A. S. ;

Bautista-Elivar, N. ;

Becerril, A. ;

Belmont-Moreno, E. ;

BenZvi, S. Y. ;

Berley, D. ;

Bernal, A. ;

Braun, J. ;

Brisbois, C. ;

Caballero-Mora, K. S. ;

Capistran, T. ;

Carraminana, A. ;

Casanova, S. ;

Castillo, M. ;

Cotti, U. ;

Cotzomi, J. ;

de Leon, S. Coutino ;

De Leon, C. ;

De la Fuente, E. ;

Dingus, B. L. ;

DuVernois, M. A. ;

Diaz-Velez, J. C. ;

Ellsworth, R. W. ;

Engel, K. ;

Enriquez-Rivera, O. ;

Fiorino, D. W. ;

Fraija, N. ;

Garcia-Gonzalez, J. A. ;

Garfias, F. ;

Gerhardt, M. ;

Munoz, A. Gonzalez ;

Gonzalez, M. M. ;

Goodman, J. A. ;

Hampel-Arias, Z. ;

Harding, J. P. ;

Hernandez, S. ;

Hernandez-Almada, A. ;

Hinton, J. ;

Hona, B. ;

Hui, C. M. ;

Huntemeyer, P. .

SCIENCE, 2017, 358 (6365) :911-914

[5] Observation of the Crab Nebula with the HAWC Gamma-Ray Observatory [J].

Abeysekara, A. U. ;

Albert, A. ;

Alfaro, R. ;

Alvarez, C. ;

Alvarez, J. D. ;

Arceo, R. ;

Arteaga-Velazquez, J. C. ;

Solares, H. A. Ayala ;

Barber, A. S. ;

Bautista-Elivar, N. ;

Becerril, A. ;

Belmont-Moreno, E. ;

BenZvi, S. Y. ;

Berley, D. ;

Braun, J. ;

Brisbois, C. ;

Caballero-Mora, K. S. ;

Capistran, T. ;

Carraminana, A. ;

Casanova, S. ;

Castillo, M. ;

Cotti, U. ;

Cotzomi, J. ;

de Leon, S. Coutino ;

de la Fuente, E. ;

De Leon, C. ;

DeYoung, T. ;

Dingus, B. L. ;

DuVernois, M. A. ;

Diaz-Velez, J. C. ;

Ellsworth, R. W. ;

Fiorino, D. W. ;

Fraija, N. ;

Garcia-Gonzalez, J. A. ;

Gerhardt, M. ;

Munoz, A. Gonzalez ;

Gonzalez, M. M. ;

Goodman, J. A. ;

Hampel-Arias, Z. ;

Harding, J. P. ;

Hernandez, S. ;

Hernandez-Almada, A. ;

Hinton, J. ;

Hui, C. M. ;

Huntemeyer, P. ;

Iriarte, A. ;

Jardin-Blicq, A. ;

Joshi, V. ;

Kaufmann, S. ;

Kieda, D. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 843 (01)

[6] The 2HWC HAWC Observatory Gamma-Ray Catalog [J].

Abeysekara, A. U. ;

Albert, A. ;

Alfaro, R. ;

Alvarez, C. ;

Alvarez, J. D. ;

Arceo, R. ;

Arteaga-Velazquez, J. C. ;

Solares, H. A. Ayala ;

Barber, A. S. ;

Baughman, B. ;

Bautista-Elivar, N. ;

Gonzalez, J. Becerra ;

Becerril, A. ;

Belmont-Moreno, E. ;

BenZvi, S. Y. ;

Berley, D. ;

Bernal, A. ;

Braun, J. ;

Brisbois, C. ;

Caballero-Mora, K. S. ;

Capistran, T. ;

Carraminana, A. ;

Casanova, S. ;

Castillo, M. ;

Cotti, U. ;

Cotzomi, J. ;

de Leon, S. Coutino ;

de la Fuente, E. ;

De Leon, C. ;

Hernandez, R. Diaz ;

Dingus, B. L. ;

DuVernois, M. A. ;

Diaz-Velez, J. C. ;

Ellsworth, R. W. ;

Engel, K. ;

Fiorino, D. W. ;

Fraija, N. ;

Garcia-Gonzalez, J. A. ;

Garfias, F. ;

Gerhardt, M. ;

Munoz, A. Gonzalez ;

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Goodman, J. A. ;

Hampel-Arias, Z. ;

Harding, J. P. ;

Hernandez, S. ;

Hernandez-Almada, A. ;

Hinton, J. ;

Hui, C. M. ;

Huntemeyer, P. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 843 (01)

[7] Detection of very-high-energy γ-ray emission from the vicinity of PSR B1706-44 and G 343.1-2.3 with HESS [J].

Abramowski, A. ;

Acero, F. ;

Aharonian, F. ;

Akhperjanian, A. G. ;

Anton, G. ;

Barnacka, A. ;

de Almeida, U. Barres ;

Bazer-Bachi, A. R. ;

Becherini, Y. ;

Becker, J. ;

Behera, B. ;

Bernloehr, K. ;

Bochow, A. ;

Boisson, C. ;

Bolmont, J. ;

Bordas, P. ;

Borrel, V. ;

Brucker, J. ;

Brun, F. ;

Brun, P. ;

Bulik, T. ;

Buesching, I. ;

Carrigan, S. ;

Casanova, S. ;

Cerruti, M. ;

Chadwick, P. M. ;

Charbonnier, A. ;

Chaves, R. C. G. ;

Cheesebrough, A. ;

Conrad, J. ;

Chounet, L. -M. ;

Clapson, A. C. ;

Coignet, G. ;

Dalton, M. ;

Daniel, M. K. ;

Davids, I. D. ;

Degrange, B. ;

Deil, C. ;

Dickinson, H. J. ;

Djannati-Atai, A. ;

Domainko, W. ;

Drury, L. O'C. ;

Dubois, F. ;

Dubus, G. ;

Dyks, J. ;

Dyrda, M. ;

Egberts, K. ;

Eger, P. ;

Espigat, P. ;

Fallon, L. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2011, 528

[8] MAGIC very large zenith angle observations of the Crab Nebula up to 100 TeV [J].

Acciari, V. A. ;

Ansoldi, S. ;

Antonelli, L. A. ;

Engels, A. Arbet ;

Baack, D. ;

Babic, A. ;

Banerjee, B. ;

Barres de Almeida, U. ;

Barrio, J. A. ;

Becerra Gonzalez, J. ;

Bednarek, W. ;

Bellizzi, L. ;

Bernardini, E. ;

Berti, A. ;

Besenrieder, J. ;

Bhattacharyya, W. ;

Bigongiari, C. ;

Biland, A. ;

Blanch, O. ;

Bonnoli, G. ;

Bosnjak, Z. ;

Busetto, G. ;

Carosi, A. ;

Carosi, R. ;

Ceribella, G. ;

Chai, Y. ;

Chilingaryan, A. ;

Cikota, S. ;

Colak, S. M. ;

Colin, U. ;

Colombo, E. ;

Contreras, J. L. ;

Cortina, J. ;

Covino, S. ;

D'Amico, G. ;

D'Elia, V ;

Da Vela, P. ;

Dazzi, F. ;

De Angelis, A. ;

De Lotto, B. ;

Delfino, M. ;

Delgado, J. ;

Depaoli, D. ;

Di Pierro, F. ;

Di Venere, L. ;

Do Souto Espineira, E. ;

Prester, D. Dominis ;

Donini, A. ;

Dorner, D. ;

Doro, M. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2020, 635

[9]

Acharya BS, 2019, SCIENCE WITH THE CHERENKOV TELESCOPE ARRAY, DOI 10.1142/10986

[10] Acceleration and transport of relativistic electrons in the jets of the microquasar SS 433 [J].

Aharonian, F. ;

Benkhali, F. Ait ;

Aschersleben, J. ;

Ashkar, H. ;

Backes, M. ;

Martins, V. Barbosa ;

Batzofin, R. ;

Becherini, Y. ;

Berge, D. ;

Bernloehr, K. ;

Bi, B. ;

Boettcher, M. ;

Boisson, C. ;

Bolmont, J. ;

de Lavergne, M. de Bony ;

Borowska, J. ;

Bouyahiaoui, M. ;

Breuhaus, M. ;

Brose, R. ;

Brown, A. M. ;

Brun, F. ;

Bruno, B. ;

Bulik, T. ;

Burger-Scheidlin, C. ;

Caroff, S. ;

Casanova, S. ;

Cecil, R. ;

Celic, J. ;

Cerruti, M. ;

Chand, T. ;

Chandra, S. ;

Chen, A. ;

Chibueze, J. ;

Chibueze, O. ;

Cotter, G. ;

Dai, S. ;

Mbarubucyeye, J. Damascene ;

Djannati-Atai, A. ;

Dmytriiev, A. ;

Doroshenko, V. ;

Egberts, K. ;

Einecke, S. ;

Ernenwein, J. -P. ;

Filipovic, M. ;

Fontaine, G. ;

Fuessing, M. ;

Funk, S. ;

Gabici, S. ;

Ghafourizadeh, S. ;

Giavitto, G. .

SCIENCE, 2024, 383 (6681) :402-406

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共 70 条

[1] Cosmic ray spectrum and composition from PeV to EeV using 3 years of data from IceTop and IceCube [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Alispach, C. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I ;

Anton, G. ;

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Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Backes, P. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Barbano, A. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V ;

Baur, S. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, K-H ;

Tjus, J. Becker ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Boettcher, J. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Bretz, H-P ;

Bron, S. ;

Brostean-Kaiser, J. ;

Burgman, A. ;

Buscher, J. ;

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PHYSICAL REVIEW D, 2019, 100 (08)

[2] Evidence of 100 TeV γ-ray emission from HESS J1702-420: A new PeVatron candidate [J].

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Aharonian, F. ;

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Martins, V. Barbosa ;

Barnacka, A. ;

Barnard, M. ;

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Berge, D. ;

Bernloehr, K. ;

Bi, B. ;

Bottcher, M. ;

Boisson, C. ;

Bolmont, J. ;

de Lavergne, M. de Bony ;

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Brun, F. ;

Brun, P. ;

Bryan, M. ;

Buechele, M. ;

Bulik, T. ;

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Carosi, A. ;

Casanova, S. ;

Chand, T. ;

Chandra, S. ;

Chen, A. ;

Cotter, G. ;

Mbarubucyeye, J. Damascene ;

Davids, I. D. ;

Davies, J. ;

Deil, C. ;

Devin, J. ;

Dirson, L. ;

Djannati-Atai, A. ;

Dmytriiev, A. ;

Donath, A. ;

Doroshenko, V ;

Dreyer, L. ;

Duffy, C. ;

Dyks, J. ;

Egberts, K. ;

Eichhorn, F. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2021, 653

[3] Very-high-energy particle acceleration powered by the jets of the microquasar SS 433 [J].

Abeysekara, A. U. ;

Albert, A. ;

Alfaro, R. ;

Alvarez, C. ;

Alvarez, J. D. ;

Arceo, R. ;

Arteaga-Velazquez, J. C. ;

Avila Rojas, D. ;

Solares, H. A. Ayala ;

Belmont-Moreno, E. ;

BenZvi, S. Y. ;

Brisbois, C. ;

Caballero-Mora, K. S. ;

Capistran, T. ;

Carraminana, A. ;

Casanova, S. ;

Castillo, M. ;

Cotti, U. ;

Cotzomi, J. ;

Coutino de Leon, S. ;

De Leon, C. ;

De la Fuente, E. ;

Diaz-Velez, J. C. ;

Dichiara, S. ;

Dingus, B. L. ;

DuVernois, M. A. ;

Ellsworth, R. W. ;

Engel, K. ;

Espinoza, C. ;

Fang, K. ;

Fleischhack, H. ;

Fraija, N. ;

Galvan-Gamez, A. ;

Garcia-Gonzalez, J. A. ;

Garfias, F. ;

Gonzalez-Munoz, A. ;

Gonzalez, M. M. ;

Goodman, J. A. ;

Hampel-Arias, Z. ;

Harding, J. P. ;

Hernandez, S. ;

Hinton, J. ;

Hona, B. ;

Hueyotl-Zahuantitla, F. ;

Hui, C. M. ;

Huntemeyer, P. ;

Iriarte, A. ;

Jardin-Blicq, A. ;

Joshi, V ;

Kaufmann, S. .

NATURE, 2018, 562 (7725) :82-+

[4] Extended gamma-ray sources around pulsars constrain the origin of the positron flux at Earth [J].

Abeysekara, A. U. ;

Albert, A. ;

Alfaro, R. ;

Alvarez, C. ;

Alvarez, J. D. ;

Arceo, R. ;

Arteaga-Velazquez, J. C. ;

Rojas, D. Avila ;

Solares, H. A. Ayala ;

Barber, A. S. ;

Bautista-Elivar, N. ;

Becerril, A. ;

Belmont-Moreno, E. ;

BenZvi, S. Y. ;

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Bernal, A. ;

Braun, J. ;

Brisbois, C. ;

Caballero-Mora, K. S. ;

Capistran, T. ;

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Castillo, M. ;

Cotti, U. ;

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de Leon, S. Coutino ;

De Leon, C. ;

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Hernandez, S. ;

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Hinton, J. ;

Hona, B. ;

Hui, C. M. ;

Huntemeyer, P. .

SCIENCE, 2017, 358 (6365) :911-914

[5] Observation of the Crab Nebula with the HAWC Gamma-Ray Observatory [J].

Abeysekara, A. U. ;

Albert, A. ;

Alfaro, R. ;

Alvarez, C. ;

Alvarez, J. D. ;

Arceo, R. ;

Arteaga-Velazquez, J. C. ;

Solares, H. A. Ayala ;

Barber, A. S. ;

Bautista-Elivar, N. ;

Becerril, A. ;

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Castillo, M. ;

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Huntemeyer, P. ;

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[6] The 2HWC HAWC Observatory Gamma-Ray Catalog [J].

Abeysekara, A. U. ;

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Baughman, B. ;

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Becerril, A. ;

Belmont-Moreno, E. ;

BenZvi, S. Y. ;

Berley, D. ;

Bernal, A. ;

Braun, J. ;

Brisbois, C. ;

Caballero-Mora, K. S. ;

Capistran, T. ;

Carraminana, A. ;

Casanova, S. ;

Castillo, M. ;

Cotti, U. ;

Cotzomi, J. ;

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De Leon, C. ;

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Dingus, B. L. ;

DuVernois, M. A. ;

Diaz-Velez, J. C. ;

Ellsworth, R. W. ;

Engel, K. ;

Fiorino, D. W. ;

Fraija, N. ;

Garcia-Gonzalez, J. A. ;

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Gerhardt, M. ;

Munoz, A. Gonzalez ;

Gonzalez, M. M. ;

Goodman, J. A. ;

Hampel-Arias, Z. ;

Harding, J. P. ;

Hernandez, S. ;

Hernandez-Almada, A. ;

Hinton, J. ;

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ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 843 (01)

[7] Detection of very-high-energy γ-ray emission from the vicinity of PSR B1706-44 and G 343.1-2.3 with HESS [J].

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