Probing the Origin of Cosmic Rays in Cygnus Cocoon Using Ultrahigh-energy Gamma-Ray and Neutrino Observations

被引：5

作者：

Banik, Prabir ^{[1
]}

Ghosh, Sanjay K.

机构：

[1] Bose Inst, Dept Phys, EN-80,Sect 5, Kolkata 700091, India

来源：

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS | 2022年 / 931卷 / 02期

关键词：

ACCELERATION; SUPERBUBBLES; RADIATION; PARTICLES; CLUSTERS; EMISSION; FERMI;

D O I：

10.3847/2041-8213/ac7157

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Recent ultrahigh-energy gamma-ray observations by the High Altitude Water Cherenkov Observatory up to 100 TeV and LHAASO observatories up to 1.4 PeV energies from the direction of Fermi Large Area Telescope 4FGL source 4FGL J2028.6 + 4110e (Cygnus Cocoon) are indicative of a hadronic origin over a leptonic process for their creation. The IceCube Neutrino Observatory has reported IceCube-201120A, a neutrino event coming from the same direction, suggesting that the Cygnus Cocoon may correspond to one of the most plausible sources of high-energy cosmic rays. The apparent relationship of the neutrino event with the observed ultrahigh-energy gamma rays from the Cygnus Cocoon is investigated in this work to study if it can be explained consistently in hadronic interactions of accelerated cosmic rays with ambient matter. Our findings reveal that leptonic mechanisms, together with pure hadronic mechanisms, make a considerable contribution to the understanding of the total electromagnetic spectrum as well as the observed neutrino event. The estimate of expected muon neutrino events from the Cygnus Cocoon agrees with the one muon neutrino event detected so far in IceCube multiyear observations. Thus, our results are indicative of the potential of the Cygnus Cocoon to be a Galactic cosmic-ray source capable of accelerating at least up to PeV energies.

引用

页数：7

共 54 条

[1] IceCube-Gen2: the window to the extreme Universe [J].

Aartsen, M. G. ;

Abbasi, R. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Alispach, C. ;

Allison, P. ;

Amin, N. M. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I ;

Anton, G. ;

Arguelles, C. ;

Arlen, T. C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Balagopal, A., V ;

Barbano, A. ;

Bartos, I ;

Bastian, B. ;

Basu, V ;

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. ;

Bohmer, M. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Boettcher, J. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Bron, S. ;

Brostean-Kaiser, J. .

JOURNAL OF PHYSICS G-NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS, 2021, 48 (06)

[2] HAWC observations of the acceleration of very-high-energy cosmic rays in the Cygnus Cocoon [J].

Abeysekara, A. U. ;

Albert, A. ;

Alfaro, R. ;

Alvarez, C. ;

Camacho, J. R. Angeles ;

Arteaga-Velazquez, J. C. ;

Arunbabu, K. P. ;

Rojas, D. Avila ;

Solares, H. A. Ayala ;

Baghmanyan, V. ;

Belmont-Moreno, E. ;

BenZvi, S. Y. ;

Blandford, R. ;

Brisbois, C. ;

Caballero-Mora, K. S. ;

Capistran, T. ;

Carraminana, A. ;

Casanova, S. ;

Cotti, U. ;

de Leon, S. Coutino ;

De la Fuente, E. ;

Hernandez, R. Diaz ;

Dingus, B. L. ;

DuVernois, M. A. ;

Durocher, M. ;

Diaz-Velez, J. C. ;

Ellsworth, R. W. ;

Engel, K. ;

Espinoza, C. ;

Fan, K. L. ;

Fang, K. ;

Fleischhack, H. ;

Fraija, N. ;

Galvan-Gamez, A. ;

Garcia, D. ;

Garcia-Gonzalez, J. A. ;

Garfias, F. ;

Giacinti, G. ;

Gonzalez, M. M. ;

Goodman, J. A. ;

Harding, J. P. ;

Hernandez, S. ;

Hinton, J. ;

Hona, B. ;

Huang, D. ;

Hueyotl-Zahuantitla, F. ;

Huntemeyer, P. ;

Iriarte, A. ;

Jardin-Blicq, A. ;

Joshi, V. .

NATURE ASTRONOMY, 2021, 5 (05) :465-+

[3] The cosmic-ray and gas content of the Cygnus region as measured in γ-rays by the Fermi Large Area Telescope [J].

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Allafort, A. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Belfiore, A. ;

Bellazzini, R. ;

Berenji, B. ;

Blandford, R. D. ;

Bloom, E. D. ;

Bonamente, E. ;

Borgland, A. W. ;

Bottacini, E. ;

Bregeon, J. ;

Brigida, M. ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caraveo, P. A. ;

Casandjian, J. M. ;

Cecchi, C. ;

Chekhtman, A. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

de Angelis, A. ;

de Palma, F. ;

Dermer, C. D. ;

do Couto e Silva, E. ;

Drell, P. S. ;

Dumora, D. ;

Favuzzi, C. ;

Fegan, S. J. ;

Focke, W. B. ;

Fortin, P. ;

Fukazawa, Y. ;

Fusco, P. ;

Gargano, F. ;

Germani, S. ;

Giglietto, N. ;

Giordano, F. ;

Giroletti, M. ;

Glanzman, T. ;

Godfrey, G. ;

Grenier, I. A. ;

Guillemot, L. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2012, 538

[4] A Cocoon of Freshly Accelerated Cosmic Rays Detected by Fermi in the Cygnus Superbubble [J].

Ackermann, M. ;

Ajello, M. ;

Allafort, A. ;

Baldini, L. ;

Ballet, J. ;

Barbiellini, G. ;

Bastieri, D. ;

Belfiore, A. ;

Bellazzini, R. ;

Berenji, B. ;

Blandford, R. D. ;

Bloom, E. D. ;

Bonamente, E. ;

Borgland, A. W. ;

Bottacini, E. ;

Brigida, M. ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caraveo, P. A. ;

Casandjian, J. M. ;

Cecchi, C. ;

Chekhtman, A. ;

Cheung, C. C. ;

Chiang, J. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

de Angelis, A. ;

de Palma, F. ;

Dermer, C. D. ;

do Couto e Silva, E. ;

Drell, P. S. ;

Dumora, D. ;

Favuzzi, C. ;

Fegan, S. J. ;

Focke, W. B. ;

Fortin, P. ;

Fukazawa, Y. ;

Fusco, P. ;

Gargano, F. ;

Germani, S. ;

Giglietto, N. ;

Giordano, F. ;

Giroletti, M. ;

Glanzman, T. ;

Godfrey, G. ;

Grenier, I. A. .

SCIENCE, 2011, 334 (6059) :1103-1107

[5] Precision Measurement of the Boron to Carbon Flux Ratio in Cosmic Rays from 1.9 GV to 2.6 TV with the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station [J].

Aguilar, M. ;

Cavasonza, L. Ali ;

Ambrosi, G. ;

Arruda, L. ;

Attig, N. ;

Aupetit, S. ;

Azzarello, P. ;

Bachlechner, A. ;

Barao, F. ;

Barrau, A. ;

Barrin, L. ;

Bartoloni, A. ;

Basara, L. ;

Pree, S. Basegmez-du ;

Battarbee, M. ;

Battiston, R. ;

Becker, U. ;

Behlmann, M. ;

Beischer, B. ;

Berdugo, J. ;

Bertucci, B. ;

Bindel, K. F. ;

Bindi, V. ;

Boella, G. ;

de Boer, W. ;

Bollweg, K. ;

Bonnivard, V. ;

Borgia, B. ;

Boschini, M. J. ;

Bourquin, M. ;

Bueno, E. F. ;

Burger, J. ;

Cadoux, F. ;

Cai, X. D. ;

Capell, M. ;

Caroff, S. ;

Casaus, J. ;

Castellini, G. ;

Cervelli, F. ;

Chae, M. J. ;

Chang, Y. H. ;

Chen, A. I. ;

Chen, G. M. ;

Chen, H. S. ;

Cheng, L. ;

Chou, H. Y. ;

Choumilov, E. ;

Choutko, V. ;

Chung, C. H. ;

Clark, C. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2016, 117 (23)

[6] Observation of the Crab Nebula with LHAASO-KM2A-a performance study [J].

Aharonian, F. ;

An, Q. ;

Axikegu ;

Bai, L. X. ;

Bai, Y. X. ;

Bao, Y. W. ;

Bastieri, D. ;

Bi, X. J. ;

Bi, Y. J. ;

Cai, H. ;

Cai, J. T. ;

Cao, Z. ;

Chang, J. ;

Chang, J. F. ;

Chang, X. C. ;

Chen, B. M. ;

Chen, J. ;

Chen, L. ;

Chen, M. J. ;

Chen, M. L. ;

Chen, Q. H. ;

Chen, S. H. ;

Chen, S. Z. ;

Chen, T. L. ;

Chen, X. L. ;

Chen, Y. ;

Cheng, N. ;

Cheng, Y. D. ;

Cui, S. W. ;

Cui, X. H. ;

Cui, Y. D. ;

Dai, B. Z. ;

Dai, H. L. ;

Dai, Z. G. ;

Danzengluobu ;

della Volpe, D. ;

Piazzoli, B. D'Ettorre ;

Dong, X. J. ;

Fan, J. H. ;

Fan, Y. Z. ;

Fan, Z. X. ;

Fang, J. ;

Fang, K. ;

Feng, C. F. ;

Feng, L. ;

Feng, S. H. ;

Feng, Y. L. ;

Gao, B. .

CHINESE PHYSICS C, 2021, 45 (02)

[7] Prospects for a multi-TeV gamma-ray sky survey with the LHAASO water Cherenkov detector array [J].

Aharonian, F. ;

Alekseenko, V ;

An, Q. ;

Axikegu ;

Bai, L. X. ;

Bao, Y. W. ;

Bastieri, D. ;

Bi, X. J. ;

Cai, H. ;

Cao, Zhe ;

Cao, Zhen ;

Chang, J. ;

Chang, J. F. ;

Chang, X. C. ;

Chao, S. P. ;

Chen, B. M. ;

Chen, J. ;

Chen, L. ;

Chen, M. L. ;

Chen, M. J. ;

Chen, Q. H. ;

Chen, S. H. ;

Chen, S. Z. ;

Chen, T. L. ;

Chen, X. L. ;

Chen, Y. ;

Cheng, N. ;

Cheng, Y. D. ;

Cui, S. W. ;

Cui, X. H. ;

Cui, Y. D. ;

Dai, B. Z. ;

Dai, H. L. ;

Dai, Z. G. ;

Danzengluobu ;

Piazzoli, B. D'Ettorre ;

Fang, J. ;

Fan, J. H. ;

Fan, Y. Z. ;

Feng, C. F. ;

Feng, L. ;

Feng, S. H. ;

Feng, Y. L. ;

Gao, B. ;

Gao, Q. ;

Gao, W. ;

Ge, M. M. ;

Geng, L. S. ;

Gong, G. H. ;

Gou, Q. B. .

CHINESE PHYSICS C, 2020, 44 (06)

[8]

Aharonian FA, 1996, ASTRON ASTROPHYS, V309, P917

[9] Massive stars as major factories of Galactic cosmic rays [J].

Aharonian, Felix ;

Yang, Ruizhi ;

Wilhelmi, Emma de Ona .

NATURE ASTRONOMY, 2019, 3 (06) :561-567

[10] Gamma rays from supernova remnants [J].

Aharonian, Felix A. .

ASTROPARTICLE PHYSICS, 2013, 43 :71-80

← 1 2 3 4 5 6 →