COSMIC GAMMA-RAY BACKGROUND FROM STAR-FORMING GALAXIES

被引:84
作者
Fields, Brian D. [1 ,2 ]
Pavlidou, Vasiliki [3 ]
Prodanovic, Tijana [4 ]
机构
[1] Univ Illinois, Dept Astron, Urbana, IL 61801 USA
[2] Univ Illinois, Dept Phys, Urbana, IL 61801 USA
[3] CALTECH, Pasadena, CA 91125 USA
[4] Univ Novi Sad, Dept Phys, Novi Sad 21000, Serbia
关键词
cosmic rays; galaxies: star formation; gamma rays: diffuse background; gamma rays: galaxies; LARGE-AREA TELESCOPE; LUMINOSITY FUNCTION; STARBURST GALAXIES; EGRET OBSERVATIONS; EMISSION; STELLAR; ORIGIN;
D O I
10.1088/2041-8205/722/2/L199
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
The origin of the extragalactic gamma-ray background is a pressing cosmological mystery. The Fermi Gamma-Ray Space Telescope has recently measured the intensity and spectrum of this background; both are substantially different from previous measurements. We present a novel calculation of the gamma-ray background from normal star-forming galaxies. Contrary to long-standing expectations, we find that numerous but individually faint normal galaxies may comprise the bulk of the Fermi signal, rather than rare but intrinsically bright active galaxies. This result has wide-ranging implications, including: the possibility to probe the cosmic star formation history with gamma rays; the ability to infer the cosmological evolution of cosmic rays and galactic magnetic fields; and an increased likelihood of identifying subdominant components from rare sources (e.g., dark matter clumps) through their large anisotropy.
引用
收藏
页码:L199 / L203
页数:5
相关论文
共 45 条
[1]   THE FERMI-LAT HIGH-LATITUDE SURVEY: SOURCE COUNT DISTRIBUTIONS AND THE ORIGIN OF THE EXTRAGALACTIC DIFFUSE BACKGROUND [J].
Abdo, A. A. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Antolini, E. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Baughman, B. M. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Bouvier, A. ;
Bregeon, J. ;
Brez, A. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Burnett, T. H. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Carrigan, S. ;
Casandjian, J. M. ;
Cavazzuti, E. ;
Cecchi, C. ;
Celik, Oe ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Costamante, L. ;
Cutini, S. ;
Dermer, C. D. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Dubois, R. ;
Dumora, D. ;
Farnier, C. ;
Favuzzi, C. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2010, 720 (01) :435-453
[2]   Spectrum of the Isotropic Diffuse Gamma-Ray Emission Derived from First-Year Fermi Large Area Telescope Data [J].
abdo, A. A. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Atwood, W. B. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Baughman, B. M. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
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. ;
Cavazzuti, E. ;
Cecchi, C. ;
Celik, Oe ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Cominsky, L. R. ;
Conrad, J. ;
Cutini, S. ;
Dermer, C. D. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Digel, S. W. ;
Di Bernardo, G. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Drlica-Wagner, A. ;
Dubois, R. ;
Dumora, D. ;
Farnier, C. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (10)
[3]   FERMI LARGE AREA TELESCOPE FIRST SOURCE CATALOG [J].
Abdo, A. A. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Allafort, A. ;
Antolini, E. ;
Atwood, W. B. ;
Axelsson, M. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Baughman, B. M. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Belli, F. ;
Berenji, B. ;
Bisello, D. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Bonnell, J. ;
Borgland, A. W. ;
Bouvier, A. ;
Bregeon, J. ;
Brez, A. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Burnett, T. H. ;
Busetto, G. ;
Buson, S. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Campana, R. ;
Canadas, B. ;
Caraveo, P. A. ;
Carrigan, S. ;
Casandjian, J. M. ;
Cavazzuti, E. ;
Ceccanti, M. ;
Cecchi, C. ;
Celik, Oe. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Chiang, J. ;
Cillis, A. N. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL SUPPLEMENT SERIES, 2010, 188 (02) :405-436
[4]   Observations of the Large Magellanic Cloud with Fermi [J].
Abdo, A. A. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Atwood, W. B. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Baughman, B. M. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
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. ;
Cutini, S. ;
Dermer, C. D. ;
de Angelis, A. ;
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. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2010, 512
[5]   DETECTION OF GAMMA-RAY EMISSION FROM THE STARBURST GALAXIES M82 AND NGC 253 WITH THE LARGE AREA TELESCOPE ON FERMI [J].
Abdo, A. A. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Atwood, W. B. ;
Axelsson, M. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
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. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Cavazzuti, E. ;
Cecchi, C. ;
Celik, Oe ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Dermer, C. D. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Digel, S. W. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Drlica-Wagner, A. ;
Dubois, R. ;
Dumora, D. ;
Farnier, C. ;
Favuzzi, C. ;
Fegan, S. J. ;
Focke, W. B. ;
Foschini, L. ;
Frailis, M. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2010, 709 (02) :L152-L157
[6]   Fermi Large Area Telescope Measurements of the Diffuse Gamma-Ray Emission at Intermediate Galactic Latitudes [J].
Abdo, A. A. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Anderson, B. ;
Atwood, W. B. ;
Axelsson, M. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Baughman, B. M. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Bregeon, J. ;
Brez, A. ;
Brigida, M. ;
Bruel, P. ;
Burnett, T. H. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Cecchi, C. ;
Charles, E. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Chiang, J. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Dereli, H. ;
Dermer, C. D. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Digel, S. W. ;
Di Bernardo, G. ;
Dormody, M. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Dubois, R. ;
Dumora, D. ;
Edmonds, Y. ;
Farnier, C. ;
Favuzzi, C. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2009, 103 (25)
[7]   FERMI LAT DISCOVERY OF EXTENDED GAMMA-RAY EMISSION IN THE DIRECTION OF SUPERNOVA REMNANT W51C [J].
Abdo, A. A. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Baring, M. G. ;
Bastieri, D. ;
Baughman, B. M. ;
Bechtol, K. ;
Bellazzini, R. ;
Berenji, B. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonamente, E. ;
Borgland, A. W. ;
Bouvier, A. ;
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. ;
Cutini, S. ;
Dermer, C. D. ;
de Angelis, A. ;
de Palma, F. ;
Digel, S. W. ;
Dormody, M. ;
do Couto e Silva, E. ;
Drell, P. S. ;
Dubois, R. ;
Dumora, D. ;
Farnier, C. ;
Favuzzi, C. ;
Fegan, S. J. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2009, 706 (01) :L1-L6
[8]   FERMI LAT OBSERVATION OF DIFFUSE GAMMA RAYS PRODUCED THROUGH INTERACTIONS BETWEEN LOCAL INTERSTELLAR MATTER AND HIGH-ENERGY COSMIC RAYS [J].
Abdo, A. A. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Atwood, W. B. ;
Axelsson, 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. ;
Caliandro, G. A. ;
Cameron, R. A. ;
Caraveo, P. A. ;
Carlson, P. ;
Casandjian, J. M. ;
Cecchi, C. ;
Celik, Oe. ;
Chekhtman, A. ;
Cheung, C. C. ;
Ciprini, S. ;
Claus, R. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Conrad, J. ;
Cutini, S. ;
Dermer, C. D. ;
de Angelis, A. ;
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. ;
Frailis, M. ;
Fukazawa, Y. ;
Funk, S. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2009, 703 (02) :1249-1256
[9]  
ABDO AA, 2010, ARXIV10082127
[10]   A connection between star formation activity and cosmic rays in the starburst galaxy M82 [J].
Acciari, V. A. ;
Aliu, E. ;
Arlen, T. ;
Aune, T. ;
Bautista, M. ;
Beilicke, M. ;
Benbow, W. ;
Boltuch, D. ;
Bradbury, S. M. ;
Buckley, J. H. ;
Bugaev, V. ;
Byrum, K. ;
Cannon, A. ;
Celik, O. ;
Cesarini, A. ;
Chow, Y. C. ;
Ciupik, L. ;
Cogan, P. ;
Colin, P. ;
Cui, W. ;
Dickherber, R. ;
Duke, C. ;
Fegan, S. J. ;
Finley, J. P. ;
Finnegan, G. ;
Fortin, P. ;
Fortson, L. ;
Furniss, A. ;
Galante, N. ;
Gall, D. ;
Gibbs, K. ;
Gillanders, G. H. ;
Godambe, S. ;
Grube, J. ;
Guenette, R. ;
Gyuk, G. ;
Hanna, D. ;
Holder, J. ;
Horan, D. ;
Hui, C. M. ;
Humensky, T. B. ;
Imran, A. ;
Kaaret, P. ;
Karlsson, N. ;
Kertzman, M. ;
Kieda, D. ;
Kildea, J. ;
Konopelko, A. ;
Krawczynski, H. ;
Krennrich, F. .
NATURE, 2009, 462 (7274) :770-772