Unexpected dip in the solar gamma-ray spectrum

被引：32
作者：
Tang, Qing-Wen [1 ,2 ]
Ng, Kenny C. Y. [3 ]
Linden, Tim [1 ]
Zhou, Bei [1 ,4 ]
Beacom, John F. [1 ,4 ,5 ]
Peter, Annika H. G. [1 ,4 ,5 ]
机构：
[1] Ohio State Univ, CCAPP, Columbus, OH 43210 USA
[2] Nanchang Univ, Dept Phys, Nanchang 330031, Jiangxi, Peoples R China
[3] Weizmann Inst Sci, Dept Particle Phys & Astrophys, IL-76100 Rehovot, Israel
[4] Ohio State Univ, Dept Phys, 174 W 18th Ave, Columbus, OH 43210 USA
[5] Ohio State Univ, Dept Astron, 174 W 18Th Ave, Columbus, OH 43210 USA
来源：
PHYSICAL REVIEW D | 2018年 / 98卷 / 06期
基金：
中国国家自然科学基金;
关键词：
HIGH-ENERGY NEUTRINOS; SUN; EMISSION; MATTER;
D O I：
10.1103/PhysRevD.98.063019
中图分类号：
P1 [天文学];
学科分类号：
0704 ;
摘要：
The solar disk is a bright source of multi-GeV gamma rays, due to the interactions of hadronic cosmic rays with the solar atmosphere. However, the underlying production mechanism is not understood, except that its efficiency must be greatly enhanced by magnetic fields that redirect some cosmic rays from ingoing to outgoing before they interact. To elucidate the nature of this emission, we perform a new analysis of solar atmospheric gamma rays with 9 years of Fermi-LIT data, which spans nearly the full 11-year solar cycle. We detect significant gamma-ray emission from the solar disk from 1 GeV up to greater than or similar to 200 GeV. The overall gamma-ray spectrum is much harder (similar to E-gamma(-2.2)) than the cosmic-ray spectrum (similar to E-CR(-2.7)). We find a clear anticorrelation between the solar cycle phase and the gamma-ray flux between 1 and 10 GeV. Surprisingly, we observe a spectral dip between similar to 30 and 50 GeV in an otherwise power-law spectrum. This was not predicted, is not understood, and may provide crucial clues to the gamma-ray emission mechanism. The flux above 100 GeV, which is brightest during the solar minimum, poses exciting opportunities for HAWC, LHAASO, IceCube, and KM3NeT.
引用
收藏
页数：24
相关论文
共 56 条
  • [1] Search for annihilating dark matter in the Sun with 3 years of IceCube data
    Aartsen, M. G.
    Ackermann, M.
    Adams, J.
    Aguilar, J. A.
    Ahlers, M.
    Ahrens, M.
    Altmann, D.
    Andeen, K.
    Anderson, T.
    Ansseau, I.
    Anton, G.
    Archinger, M.
    Arguelles, C.
    Auffenberg, J.
    Axani, S.
    Bai, X.
    Barwick, S. W.
    Baum, V.
    Bay, R.
    Beatty, J. J.
    Tjus, J. Becker
    Becker, K. -H.
    BenZvi, S.
    Berley, D.
    Bernardini, E.
    Bernhard, A.
    Besson, D. Z.
    Binder, G.
    Bindig, D.
    Bissok, M.
    Blaufuss, E.
    Blot, S.
    Bohm, C.
    Boerner, M.
    Bos, F.
    Bose, D.
    Boeser, S.
    Botner, O.
    Braun, J.
    Brayeur, L.
    Bretz, H. -P.
    Bron, S.
    Burgman, A.
    Carver, T.
    Casier, M.
    Cheung, E.
    Chirkin, D.
    Christov, A.
    Clark, K.
    Classen, L.
    [J]. EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2017, 77 (03):
  • [2] FERMI LARGE AREA TELESCOPE OBSERVATIONS OF TWO GAMMA-RAY EMISSION COMPONENTS FROM THE QUIESCENT SUN
    Abdo, A. A.
    Ackermann, M.
    Ajello, M.
    Baldini, L.
    Ballet, J.
    Barbiellini, G.
    Bastieri, D.
    Bechtol, K.
    Bellazzini, R.
    Berenji, B.
    Bonamente, E.
    Borgland, A. W.
    Bouvier, A.
    Bregeon, J.
    Brez, A.
    Brigida, M.
    Bruel, P.
    Buehler, R.
    Buson, S.
    Caliandro, G. A.
    Cameron, R. A.
    Caraveo, P. A.
    Casandjian, J. M.
    Cecchi, C.
    Charles, E.
    Chekhtman, A.
    Chiang, J.
    Ciprini, S.
    Claus, R.
    Cohen-Tanugi, J.
    Conrad, J.
    Cutini, S.
    de Angelis, A.
    de Palma, F.
    Dermer, C. D.
    Digel, S. W.
    do Couto e Silva, E.
    Drell, P. S.
    Dubois, R.
    Favuzzi, C.
    Fegan, S. J.
    Focke, W. B.
    Fortin, P.
    Frailis, M.
    Funk, S.
    Fusco, P.
    Gargano, F.
    Gasparrini, D.
    Gehrels, N.
    Germani, S.
    [J]. ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2011, 734 (02)
  • [3] Observation of the Crab Nebula with the HAWC Gamma-Ray Observatory
    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.
    [J]. ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 843 (01)
  • [4] Sensitivity of the high altitude water Cherenkov detector to sources of multi-TeV gamma rays
    Abeysekara, A. U.
    Alfaro, R.
    Alvarez, C.
    Alvarez, J. D.
    Arceo, R.
    Arteaga-Velazquez, J. C.
    Solares, H. A. Ayala
    Barber, A. S.
    Baughman, B. M.
    Bautista-Elivar, N.
    Belmont, E.
    BenZvi, S. Y.
    Berley, D.
    Bonilla Rosales, M.
    Braun, J.
    Caballero-Lopez, R. A.
    Carraminana, A.
    Castillo, M.
    Cotti, U.
    Cotzmi, J.
    de la Fuente, E.
    De Leon, C.
    DeYoung, T.
    Diaz Hernandez, R.
    Diaz-Velez, J. C.
    Dingus, B. L.
    DuVernois, M. A.
    Ellsworth, R. W.
    Fernandez, A.
    Fiorino, D. W.
    Fraija, N.
    Galindo, A.
    Garcia-Luna, J. L.
    Garcia-Torales, G.
    Garfias, F.
    Gonzalez, L. X.
    Gonzalez, M. M.
    Goodman, J. A.
    Grabski, V.
    Gussert, M.
    Hampel-Arias, Z.
    Hui, C. M.
    Huentemeyer, P.
    Imran, A.
    Iriarte, A.
    Karn, P.
    Kieda, D.
    Kunde, G. J.
    Lara, A.
    Lauer, R. J.
    [J]. ASTROPARTICLE PHYSICS, 2013, 50-52 : 26 - 32
  • [5] Fermi-LAT Observations of High-energy Behind-the-limb Solar Flares
    Ackermann, M.
    Allafort, A.
    Baldini, L.
    Barbiellini, G.
    Bastieri, D.
    Bellazzini, R.
    Bissaldi, E.
    Bonino, R.
    Bottacini, E.
    Bregeon, J.
    Bruel, P.
    Buehler, R.
    Cameron, R. A.
    Caragiulo, M.
    Caraveo, P. A.
    Cavazzuti, E.
    Cecchi, C.
    Charles, E.
    Ciprini, S.
    Costanza, F.
    Cutini, S.
    D'Ammando, F.
    de Palma, F.
    Desiante, R.
    Digel, S. W.
    Di Lalla, N.
    Di Mauro, M.
    Di Venere, L.
    Drell, P. S.
    Favuzzi, C.
    Fukazawa, Y.
    Fusco, P.
    Gargano, F.
    Giglietto, N.
    Giordano, F.
    Giroletti, M.
    Grenier, I. A.
    Guillemot, L.
    Guiriec, S.
    Jogler, T.
    Johannesson, G.
    Kashapova, L.
    Krucker, S.
    Kuss, M.
    La Mura, G.
    Larsson, S.
    Latronico, L.
    Li, J.
    Liu, W.
    Longo, F.
    [J]. ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 835 (02)
  • [6] THE SPECTRUM OF ISOTROPIC DIFFUSE GAMMA-RAY EMISSION BETWEEN 100 MeV AND 820 GeV
    Ackermann, M.
    Ajello, M.
    Albert, A.
    Atwood, W. B.
    Baldini, L.
    Ballet, J.
    Barbiellini, G.
    Bastieri, D.
    Bechtol, K.
    Bellazzini, R.
    Bissaldi, E.
    Blandford, R. D.
    Bloom, E. D.
    Bottacini, E.
    Brandt, T. J.
    Bregeon, J.
    Bruel, P.
    Buehler, R.
    Buson, S.
    Caliandro, G. A.
    Cameron, R. A.
    Caragiulo, M.
    Caraveo, P. A.
    Cavazzuti, E.
    Cecchi, C.
    Charles, E.
    Chekhtman, A.
    Chiang, J.
    Chiaro, G.
    Ciprini, S.
    Claus, R.
    Cohen-Tanugi, J.
    Conrad, J.
    Cuoco, A.
    Cutini, S.
    D'Ammando, F.
    de Angelis, A.
    de Palma, F.
    Dermer, C. D.
    Digel, S. W.
    do Couto e Silva, E.
    Drell, P. S.
    Favuzzi, C.
    Ferrara, E. C.
    Focke, W. B.
    Franckowiak, A.
    Fukazawa, Y.
    Funk, S.
    Fusco, P.
    Gargano, F.
    [J]. ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2015, 799 (01)
  • [7] Search for gamma-ray spectral lines with the Fermi Large Area Telescope and dark matter implications
    Ackermann, M.
    Ajello, M.
    Albert, A.
    Allafort, A.
    Baldini, L.
    Barbiellini, G.
    Bastieri, D.
    Bechtol, K.
    Bellazzini, R.
    Bissaldi, E.
    Bloom, E. D.
    Bonamente, E.
    Bottacini, E.
    Brandt, T. J.
    Bregeon, J.
    Brigida, M.
    Bruel, P.
    Buehler, R.
    Buson, S.
    Caliandro, G. A.
    Cameron, R. A.
    Caraveo, P. A.
    Casandjian, J. M.
    Cecchi, C.
    Charles, E.
    Chaves, R. C. G.
    Chekhtman, A.
    Chiang, J.
    Ciprini, S.
    Claus, R.
    Cohen-Tanugi, J.
    Conrad, J.
    Cutini, S.
    D'Ammando, F.
    de Angelis, A.
    de Palma, F.
    Dermer, C. D.
    Digel, S. W.
    Di Venere, L.
    Drell, P. S.
    Drlica-Wagner, A.
    Essig, R.
    Favuzzi, C.
    Fegan, S. J.
    Ferrara, E. C.
    Focke, W. B.
    Franckowiak, A.
    Fukazawa, Y.
    Funk, S.
    Fusco, P.
    [J]. PHYSICAL REVIEW D, 2013, 88 (08):
  • [8] THE FERMI LARGE AREA TELESCOPE ON ORBIT: EVENT CLASSIFICATION, INSTRUMENT RESPONSE FUNCTIONS, AND CALIBRATION
    Ackermann, M.
    Ajello, M.
    Albert, A.
    Allafort, A.
    Atwood, W. B.
    Axelsson, M.
    Baldini, L.
    Ballet, J.
    Barbiellini, G.
    Bastieri, D.
    Bechtol, K.
    Bellazzini, R.
    Bissaldi, E.
    Blandford, R. D.
    Bloom, E. D.
    Bogart, J. R.
    Bonamente, E.
    Borgland, A. W.
    Bottacini, E.
    Bouvier, A.
    Brandt, T. J.
    Bregeon, J.
    Brigida, M.
    Bruel, P.
    Buehler, R.
    Burnett, T. H.
    Buson, S.
    Caliandro, G. A.
    Cameron, R. A.
    Caraveo, P. A.
    Casandjian, J. M.
    Cavazzuti, E.
    Cecchi, C.
    Celik, O.
    Charles, E.
    Chaves, R. C. G.
    Chekhtman, A.
    Cheung, C. C.
    Chiang, J.
    Ciprini, S.
    Claus, R.
    Cohen-Tanugi, J.
    Conrad, J.
    Corbet, R.
    Cutini, S.
    D'Ammando, F.
    Davis, D. S.
    de Angelis, A.
    DeKlotz, M.
    de Palma, F.
    [J]. ASTROPHYSICAL JOURNAL SUPPLEMENT SERIES, 2012, 203 (01)
  • [9] Letter of intent for KM3NeT 2.0
    Adrian-Martinez, S.
    Ageron, M.
    Aharonian, F.
    Aiello, S.
    Albert, A.
    Ameli, F.
    Anassontzis, E.
    Andre, M.
    Androulakis, G.
    Anghinolfi, M.
    Anton, G.
    Ardid, M.
    Avgitas, T.
    Barbarino, G.
    Barbarito, E.
    Baret, B.
    Barrios-Marti, J.
    Belhorma, B.
    Belias, A.
    Berbee, E.
    van den Berg, A.
    Bertin, V.
    Beurthey, S.
    van Beveren, V.
    Beverini, N.
    Biagi, S.
    Biagioni, A.
    Billault, M.
    Bondi, M.
    Bormuth, R.
    Bouhadef, B.
    Bourlis, G.
    Bourret, S.
    Boutonnet, C.
    Bouwhuis, M.
    Bozza, C.
    Bruijn, R.
    Brunner, J.
    Buis, E.
    Busto, J.
    Cacopardo, G.
    Caillat, L.
    Calamai, M.
    Calvo, D.
    Capone, A.
    Caramete, L.
    Cecchini, S.
    Celli, S.
    Champion, C.
    Cherkaoui El Moursli, R.
    [J]. JOURNAL OF PHYSICS G-NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS, 2016, 43 (08)
  • [10] Aielli G, 2006, NUCL INSTRUM METH A, V562, P92, DOI 10.1016/j.nima.2006.02.0136
123456