Probing the sea of galactic cosmic rays with Fermi-LAT

被引：43

作者：

Aharonian, Felix ^{[1
,2
]}

Peron, Giada ^{[2
]}

Yang, Ruizhi ^{[2
,3
]}

Casanova, Sabrina ^{[2
,4
]}

Zanin, Roberta ^{[2
]}

机构：

[1] Dublin Inst Adv Studies, 31 Fitzwilliam Pl, Dublin 2, Ireland

[2] Max Planck Inst Kernphys, POB 103980, D-69029 Heidelberg, Germany

[3] Univ Sci & Technol China, Sch Phys Sci, Dept Astron, Hefei 230026, Anhui, Peoples R China

[4] Inst Nucl Phys, Radzikowskiego 152, PL-31342 Krakow, Poland

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2020年 / 101卷 / 08期

关键词：

GAMMA-RAYS; MOLECULAR CLOUDS; MILKY-WAY; EMISSION; CEPHEUS;

D O I：

10.1103/PhysRevD.101.083018

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

High energy gamma-rays from giant molecular clouds (GMCs) carry direct information about the spatial and energy distributions of galactic cosmic rays (CRs). The recently released catalogs of GMCs contain sufficiently massive clouds to be used as barometers for probing, through their gamma-ray emission, the density of CRs throughout the galactic disk. Based on the data of Fermi-LAT, we report the discovery of gamma-ray signals from nineteen GMCs located at distances up to 12.5 kpc. The galactocentric radial distribution of the CR density derived from the gamma-ray and CO observations of these objects, as well as from some nearby clouds that belong to the Gould Belt complex, unveil a homogeneous "sea" of CRs with a constant density and spectral shape close to the flux of directly (locally) measured CRs. This concerns the galactocentric distances exceeding 8 kpc, as well as the Sagittarius B complex, in the region of the Galactic Center. On the other hand, for the galactocentric distances between 4 and 8 kpc, we found noticeable deviations from the CR sea level; in some locations, GMCs are characterized by enhanced CR density. This could be the result of a possible global increase of the level of the CR sea towards the Galactic Center and/or by the presence of recent CR accelerators close to some specific clouds.

引用

页数：13

共 46 条

[1] The HESS Galactic plane survey [J].

Abdalla, H. ;

Abramowski, A. ;

Aharonian, F. ;

Benkhali, F. Ait ;

Anguener, E. O. ;

Arakawa, M. ;

Arrieta, M. ;

Aubert, P. ;

Backes, M. ;

Balzer, A. ;

Barnard, M. ;

Becherini, Y. ;

Tjus, J. Becker ;

Berge, D. ;

Bernhard, S. ;

Bernloehr, K. ;

Blackwell, R. ;

Boettcher, M. ;

Boisson, C. ;

Bolmont, J. ;

Bonnefoy, S. ;

Bordas, P. ;

Bregeon, J. ;

Brun, F. ;

Brun, P. ;

Bryan, M. ;

Buechele, M. ;

Bulik, T. ;

Capasso, M. ;

Carrigan, S. ;

Caroff, S. ;

Carosi, A. ;

Casanova, S. ;

Cerruti, M. ;

Chakraborty, N. ;

Chaves, R. C. G. ;

Chen, A. ;

Chevalier, J. ;

Colafrancesco, S. ;

Condon, B. ;

Conrad, J. ;

Davids, I. D. ;

Decock, J. ;

Deil, C. ;

Devin, J. ;

deWilt, P. ;

Dirson, L. ;

Djannati-Atai, A. ;

Domainko, W. ;

Donath, A. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2018, 612

[2] FERMI OBSERVATIONS OF CASSIOPEIA AND CEPHEUS: DIFFUSE GAMMA-RAY EMISSION IN THE OUTER GALAXY [J].

Abdo, A. A. ;

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Baughman, B. M. ;

Bechtol, K. ;

Bellazzini, R. ;

Berenji, B. ;

Bloom, E. D. ;

Bonamente, E. ;

Borgland, A. W. ;

Bregeon, J. ;

Brez, A. ;

Brigida, M. ;

Bruel, P. ;

Burnett, T. H. ;

Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caraveo, P. A. ;

Casandjian, J. M. ;

Cecchi, C. ;

Celik, Oe. ;

Chekhtman, A. ;

Cheung, C. C. ;

Chiang, J. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

Cominsky, L. R. ;

Conrad, J. ;

Dermer, C. D. ;

de Palma, F. ;

Digel, S. W. ;

do Couto e Silva, E. ;

Drell, P. S. ;

Dubois, R. ;

Dumora, D. ;

Farnier, C. ;

Favuzzi, C. ;

Fegan, S. J. ;

Focke, W. B. ;

Fortin, P. ;

Frailis, M. ;

Fukazawa, Y. ;

Funk, S. ;

Fusco, P. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2010, 710 (01) :133-149

[3] Acceleration of petaelectronvolt protons in the Galactic Centre [J].

Abramowski, A. ;

Aharonian, F. ;

Benkhali, F. Ait ;

Akhperjanian, A. G. ;

Anguener, E. O. ;

Backes, M. ;

Balzer, A. ;

Becherini, Y. ;

Tjus, J. Becker ;

Berge, D. ;

Bernhard, S. ;

Bernloehr, K. ;

Birsin, E. ;

Blackwell, R. ;

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Bregeon, J. ;

Brun, F. ;

Brun, P. ;

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Carr, J. ;

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Chakraborty, N. ;

Chalme-Calvet, R. ;

Chaves, R. C. G. ;

Chen, A. ;

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Cologna, G. ;

Conrad, J. ;

Couturier, C. ;

Cui, Y. ;

Davids, I. D. ;

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Deil, C. ;

deWilt, P. ;

Djannati-Ata, A. ;

Domainko, W. ;

Donath, A. ;

Drury, L. O'C. ;

Dubus, G. ;

Dutson, K. ;

Dyks, J. ;

Dyrda, M. ;

Edwards, T. ;

Egberts, K. ;

Eger, P. .

NATURE, 2016, 531 (7595) :476-+

[4] DEVELOPMENT OF THE MODEL OF GALACTIC INTERSTELLAR EMISSION FOR STANDARD POINT-SOURCE ANALYSIS OF FERMI LARGE AREA TELESCOPE DATA [J].

Acero, F. ;

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Albert, A. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Bellazzini, R. ;

Bissaldi, E. ;

Bloom, E. D. ;

Bonino, R. ;

Bottacini, E. ;

Brandt, T. J. ;

Bregeon, J. ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caragiulo, M. ;

Caraveo, P. A. ;

Casandjian, J. M. ;

Cavazzuti, E. ;

Cecchi, C. ;

Charles, E. ;

Chekhtman, A. ;

Chiang, J. ;

Chiaro, G. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

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Cuoco, A. ;

Cutini, S. ;

D'Ammando, F. ;

de Angelis, A. ;

de Palma, F. ;

Desiante, R. ;

Digel, S. W. ;

Di Venere, L. ;

Drell, P. S. ;

Favuzzi, C. ;

Fegan, S. J. ;

Ferrara, E. C. ;

Focke, W. B. ;

Franckowiak, A. ;

Funk, S. ;

Fusco, P. ;

Gargano, F. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL SUPPLEMENT SERIES, 2016, 223 (02)

[5] FERMI LARGE AREA TELESCOPE THIRD SOURCE CATALOG [J].

Acero, F. ;

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Albert, A. ;

Atwood, W. B. ;

Axelsson, M. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Belfiore, A. ;

Bellazzini, R. ;

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Blandford, R. D. ;

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Bogart, J. R. ;

Bonino, R. ;

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Britto, R. J. ;

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Buehler, R. ;

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Cameron, R. A. ;

Caputo, R. ;

Caragiulo, M. ;

Caraveo, P. A. ;

Casandjian, J. M. ;

Cavazzuti, E. ;

Charles, E. ;

Chaves, R. C. G. ;

Chekhtman, A. ;

Cheung, C. C. ;

Chiang, J. ;

Chiaro, G. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

Cominsky, L. R. ;

Conrad, J. ;

Cutini, S. ;

D'Ammando, F. ;

de Angelis, A. ;

DeKlotz, M. ;

de Palma, F. ;

Desiante, R. ;

Digel, S. W. ;

Di Venere, L. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL SUPPLEMENT SERIES, 2015, 218 (02)

[6] FERMI LARGE AREA TELESCOPE STUDY OF COSMIC RAYS AND THE INTERSTELLAR MEDIUM IN NEARBY MOLECULAR CLOUDS [J].

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Allafort, A. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

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Bregeon, J. ;

Brigida, M. ;

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Busetto, G. ;

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Caliandro, G. A. ;

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Charles, E. ;

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Chiang, J. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

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Fukui, Y. ;

Funk, S. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2012, 755 (01)

[7] Planck early results. XIX. All-sky temperature and dust optical depth from Planck and IRAS. Constraints on the "dark gas" in our Galaxy [J].

Ade, P. A. R. ;

Aghanim, N. ;

Arnaud, M. ;

Ashdown, M. ;

Aumont, J. ;

Baccigalupi, C. ;

Balbi, A. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartlett, J. G. ;

Battaner, E. ;

Benabed, K. ;

Benoit, A. ;

Bernard, J. -P. ;

Bersanelli, M. ;

Bhatia, R. ;

Bock, J. J. ;

Bonaldi, A. ;

Bond, J. R. ;

Borrill, J. ;

Bouchet, F. R. ;

Boulanger, F. ;

Bucher, M. ;

Burigana, C. ;

Cabella, P. ;

Cardoso, J. -F. ;

Catalano, A. ;

Cayon, L. ;

Challinor, A. ;

Chamballu, A. ;

Chiang, L. -Y ;

Chiang, C. ;

Christensen, P. R. ;

Clements, D. L. ;

Colombi, S. ;

Couchot, F. ;

Coulais, A. ;

Crill, B. P. ;

Cuttaia, F. ;

Dame, T. M. ;

Danese, L. ;

Davies, R. D. ;

Davis, R. J. ;

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de Rosa, A. ;

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Delabrouille, J. ;

Delouis, J. -M. ;

Desert, F. -X. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2011, 536

[8] Precision Measurement of the Proton Flux in Primary Cosmic Rays from Rigidity 1 GV to 1.8 TV with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].

Aguilar, M. ;

Aisa, D. ;

Alpat, B. ;

Alvino, A. ;

Ambrosi, G. ;

Andeen, K. ;

Arruda, L. ;

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Bizzaglia, S. ;

Bizzarri, M. ;

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Bollweg, K. ;

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Boschini, M. J. ;

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Caroff, S. ;

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Cernuda, I. ;

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Cervelli, F. ;

Chae, M. J. ;

Chang, Y. H. ;

Chen, A. I. ;

Chen, H. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2015, 114 (17)

[9] Discovery of very-high-energy γ-rays from the Galactic Centre ridge [J].

Aharonian, F ;

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Berge, D ;

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Dubus, G ;

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Khélifi, B ;

Klages, S ;

Komin, N ;

Konopelko, A ;

Latham, IJ .

NATURE, 2006, 439 (7077) :695-698

[10]

Aharonian FA, 1996, ASTRON ASTROPHYS, V309, P917

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共 46 条

[1] The HESS Galactic plane survey [J].

Abdalla, H. ;

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Benkhali, F. Ait ;

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Boettcher, M. ;

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Bolmont, J. ;

Bonnefoy, S. ;

Bordas, P. ;

Bregeon, J. ;

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Buechele, M. ;

Bulik, T. ;

Capasso, M. ;

Carrigan, S. ;

Caroff, S. ;

Carosi, A. ;

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Cerruti, M. ;

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Decock, J. ;

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Devin, J. ;

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Dirson, L. ;

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Domainko, W. ;

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ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2018, 612

[2] FERMI OBSERVATIONS OF CASSIOPEIA AND CEPHEUS: DIFFUSE GAMMA-RAY EMISSION IN THE OUTER GALAXY [J].

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Baughman, B. M. ;

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Bellazzini, R. ;

Berenji, B. ;

Bloom, E. D. ;

Bonamente, E. ;

Borgland, A. W. ;

Bregeon, J. ;

Brez, A. ;

Brigida, M. ;

Bruel, P. ;

Burnett, T. H. ;

Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caraveo, P. A. ;

Casandjian, J. M. ;

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Celik, Oe. ;

Chekhtman, A. ;

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Ciprini, S. ;

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ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2010, 710 (01) :133-149

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Balzer, A. ;

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Berge, D. ;

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Bernloehr, K. ;

Birsin, E. ;

Blackwell, R. ;

Boettcher, M. ;

Boisson, C. ;

Bolmont, J. ;

Bordas, P. ;

Bregeon, J. ;

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Brun, P. ;

Bryan, M. ;

Bulik, T. ;

Carr, J. ;

Casanova, S. ;

Chakraborty, N. ;

Chalme-Calvet, R. ;

Chaves, R. C. G. ;

Chen, A. ;

Chretien, M. ;

Colafrancesco, S. ;

Cologna, G. ;

Conrad, J. ;

Couturier, C. ;

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Deil, C. ;

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Dubus, G. ;

Dutson, K. ;

Dyks, J. ;

Dyrda, M. ;

Edwards, T. ;

Egberts, K. ;

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NATURE, 2016, 531 (7595) :476-+

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Acero, F. ;

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Bloom, E. D. ;

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Cutini, S. ;

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DeKlotz, M. ;

de Palma, F. ;

Desiante, R. ;

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ASTROPHYSICAL JOURNAL SUPPLEMENT SERIES, 2015, 218 (02)

[6] FERMI LARGE AREA TELESCOPE STUDY OF COSMIC RAYS AND THE INTERSTELLAR MEDIUM IN NEARBY MOLECULAR CLOUDS [J].

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

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Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Bechtol, K. ;

Bellazzini, R. ;

Berenji, B. ;

Blandford, R. D. ;

Bloom, E. D. ;

Bonamente, E. ;

Borgland, A. W. ;

Bottacini, E. ;

Brandt, T. J. ;

Bregeon, J. ;

Brigida, M. ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

Busetto, G. ;

Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caraveo, P. A. ;

Casandjian, J. M. ;

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Conrad, J. ;

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de Palma, F. ;

Dermer, C. D. ;

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do Couto e Silva, E. ;

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Drlica-Wagner, A. ;

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Favuzzi, C. ;

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Focke, W. B. ;

Fukazawa, Y. ;

Fukui, Y. ;

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ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2012, 755 (01)

[7] Planck early results. XIX. All-sky temperature and dust optical depth from Planck and IRAS. Constraints on the "dark gas" in our Galaxy [J].

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Ashdown, M. ;

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Baccigalupi, C. ;

Balbi, A. ;

Banday, A. J. ;

Barreiro, R. B. ;

Bartlett, J. G. ;

Battaner, E. ;

Benabed, K. ;

Benoit, A. ;

Bernard, J. -P. ;

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Bhatia, R. ;

Bock, J. J. ;

Bonaldi, A. ;

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Bouchet, F. R. ;

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Cardoso, J. -F. ;

Catalano, A. ;

Cayon, L. ;

Challinor, A. ;

Chamballu, A. ;

Chiang, L. -Y ;

Chiang, C. ;

Christensen, P. R. ;

Clements, D. L. ;

Colombi, S. ;

Couchot, F. ;

Coulais, A. ;

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