Complex gamma-ray behavior of the radio galaxy M 87

被引：15

作者：

Benkhali, Faical Ait ^{[1
]}

Chakraborty, Nachiketa ^{[1
]}

Rieger, Frank M. ^{[1
,2
]}

机构：

[1] Max Planck Inst Kernphys, Saupfercheckweg 1, D-69117 Heidelberg, Germany

[2] Heidelberg Univ, Inst Theoret Astrophys, ZAH, Philosophenweg 12, D-69120 Heidelberg, Germany

来源：

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS | 2019年 / 623卷

关键词：

radiation mechanisms: non-thermal; galaxies: active; gamma rays: galaxies; galaxies: jets; galaxies: elliptical and lenticular; cD; galaxies: individual: M 87; SUPERMASSIVE BLACK-HOLE; LARGE-AREA TELESCOPE; TEV EMISSION; SCALE JETS; M87; VARIABILITY; CENTAURUS; M-87;

D O I：

10.1051/0004-6361/201732334

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

Context. In recent years, non-blazar active galactic nuclei (AGN) such as radio galaxies have emerged as a highly instructive source class providing unique insights into high energy acceleration and radiation mechanisms. Aims. Here we aim to produce a detailed characterization of the high-energy (HE; >100 MeV) gamma-ray emission from the prominent radio galaxy M 87. Methods. We analyzed approximately eight years of Fermi-LAT data and derived the spectral energy distribution between 100 MeV and 300 GeV. We extracted lightcurves and investigated the variability behavior for the entire energy range as well as below and above 10 GeV. Results. Our analysis provides (i) evidence for HE gamma-ray flux variability and (ii) indications for a possible excess over the standard power-law model above E-b similar to 10 GeV, similar to the earlier indications in the case of Cen A. When viewed in HE-VHE context, this is most naturally explained by an additional component dominating the highest-energy part of the spectrum. Investigation of the gamma-ray lightcurves suggests that the lower-energy (<10 GeV) component is variable on timescales of (at least) a few months. The statistics of the high energy component (>10 GeV) does not allow significant constraints on variability. We do, however, find indications for spectral changes with time that support variability of the putative additional component and seem to favor jet-related scenarios for its origin capable of accommodating month-type variability. Conclusions. The current findings suggest that both the high-energy (>E-b) and the very high energy (VHE; >100 GeV) emission in M 87 are compatible with originating from the same physical component. The variability behavior at VHE then allows further constraints on the location and the nature of the second component. In particular, these considerations suggest that the VHE emission during the quiescent state originates in a similar region as during the flare.

引用

页数：5

共 48 条

[1] Gamma-ray blazar spectra with HESS II mono analysis: The case of PKS2155-304 and PG1553+113 [J].

Abdalla, H. ;

Abramowski, A. ;

Aharonian, F. ;

Benkhali, F. Ait ;

Akhperjanian, A. G. ;

Andersson, T. ;

Anguener, E. O. ;

Arrieta, M. ;

Aubert, P. ;

Backes, M. ;

Balzer, A. ;

Barnard, M. ;

Becherini, Y. ;

Tjus, J. Becker ;

Berge, D. ;

Bernhard, S. ;

Bernloehr, K. ;

Blackwell, R. ;

Bottcher, M. ;

Boisson, C. ;

Bolmont, J. ;

Bordas, P. ;

Brun, F. ;

Brun, P. ;

Bryan, M. ;

Bulik, T. ;

Capasso, M. ;

Carr, J. ;

Casanova, S. ;

Cerruti, M. ;

Chakraborty, N. ;

Chalme-Calvet, R. ;

Chaves, R. C. G. ;

Chen, A. ;

Chevalier, J. ;

Chretien, M. ;

Colafrancesco, S. ;

Cologna, G. ;

Condon, B. ;

Conrad, J. ;

Couturier, C. ;

Cui, Y. ;

Davids, I. D. ;

Degrange, B. ;

Deil, C. ;

Devin, J. ;

dewilt, P. ;

Dirson, L. ;

Djannati-Atai, A. ;

Domainko, W. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2017, 600

[2] FERMI LARGE AREA TELESCOPE GAMMA-RAY DETECTION OF THE RADIO GALAXY M87 [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. ;

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. ;

Cannon, A. ;

Caraveo, P. A. ;

Casandjian, J. M. ;

Cavazzuti, E. ;

Cecchi, C. ;

Celik, Oe ;

Charles, E. ;

Cheung, C. C. ;

Chiang, J. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

Colafrancesco, S. ;

Conrad, J. ;

Costamante, L. ;

Cutini, S. ;

Davis, D. S. ;

Dermer, C. D. ;

de Angelis, A. ;

de Palma, F. ;

Digel, S. W. ;

Donato, D. ;

do Couto e Silva, E. ;

Drell, P. S. ;

Dubois, R. ;

Dumora, D. ;

Edmonds, Y. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2009, 707 (01) :55-60

[3] THE 2010 VERY HIGH ENERGY γ-RAY FLARE AND 10 YEARS OF MULTI-WAVELENGTH OBSERVATIONS OF M 87 [J].

Abramowski, A. ;

Acero, F. ;

Aharonian, F. ;

Akhperjanian, A. G. ;

Anton, G. ;

Balzer, A. ;

Barnacka, A. ;

de Almeida, U. Barres ;

Becherini, Y. ;

Becker, J. ;

Behera, B. ;

Bernloehr, K. ;

Birsin, E. ;

Biteau, J. ;

Bochow, A. ;

Boisson, C. ;

Bolmont, J. ;

Bordas, P. ;

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. ;

Clapson, A. C. ;

Coignet, G. ;

Cologna, G. ;

Conrad, J. ;

Dalton, M. ;

Daniel, M. K. ;

Davids, I. D. ;

Degrange, B. ;

Deil, C. ;

Dickinson, H. J. ;

Djannati-Atai, A. ;

Domainko, W. ;

Drury, L. O'C. ;

Dubus, G. ;

Dutson, K. ;

Dyks, J. ;

Dyrda, M. ;

Egberts, K. ;

Eger, P. ;

Espigat, P. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2012, 746 (02)

[4] Radio Imaging of the Very-High-Energy γ-Ray Emission Region in the Central Engine of a Radio Galaxy [J].

Acciari, V. A. ;

Aliu, E. ;

Arlen, T. ;

Bautista, M. ;

Beilicke, M. ;

Benbow, W. ;

Bradbury, S. M. ;

Buckley, J. H. ;

Bugaev, V. ;

Butt, Y. ;

Byrum, K. ;

Cannon, A. ;

Celik, O. ;

Cesarini, A. ;

Chow, Y. C. ;

Ciupik, L. ;

Cogan, P. ;

Cui, W. ;

Dickherber, R. ;

Fegan, S. J. ;

Finley, J. P. ;

Fortin, P. ;

Fortson, L. ;

Furniss, A. ;

Gall, D. ;

Gillanders, G. H. ;

Grube, J. ;

Guenette, R. ;

Gyuk, G. ;

Hanna, D. ;

Holder, J. ;

Horan, D. ;

Hui, C. M. ;

Humensky, T. B. ;

Imran, A. ;

Kaaret, P. ;

Karlsson, N. ;

Kieda, D. ;

Kildea, J. ;

Konopelko, A. ;

Krawczynski, H. ;

Krennrich, F. ;

Lang, M. J. ;

LeBohec, S. ;

Maier, G. ;

McCann, A. ;

McCutcheon, M. ;

Millis, J. ;

Moriarty, P. ;

Ong, R. A. .

SCIENCE, 2009, 325 (5939) :444-448

[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. ;

Bissaldi, E. ;

Blandford, R. D. ;

Bloom, E. D. ;

Bogart, J. R. ;

Bonino, R. ;

Bottacini, E. ;

Bregeon, J. ;

Britto, R. J. ;

Bruel, P. ;

Buehler, R. ;

Burnett, T. H. ;

Buson, S. ;

Caliandro, G. A. ;

Cameron, R. A. ;

Caputo, R. ;

Caragiulo, M. ;

Caraveo, P. A. ;

Casandjian, J. M. ;

Cavazzuti, E. ;

Charles, E. ;

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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] Fast variability of tera-electron volt γ rays from the radio galaxy M87 [J].

Aharonian, F. ;

Akhperjanian, A. G. ;

Bazer-Bachi, A. R. ;

Beilicke, M. ;

Benbow, W. ;

Berge, D. ;

Bernloehr, K. ;

Boisson, C. ;

Bolz, O. ;

Borrel, V. ;

Braun, I. ;

Brown, A. M. ;

Buehler, R. ;

Buesching, I. ;

Carrigan, S. ;

Chadwick, P. M. ;

Chounet, L. -M. ;

Coignet, G. ;

Cornils, R. ;

Costamante, L. ;

Degrange, B. ;

Dickinson, H. J. ;

Djannati-Atai, A. ;

Drury, L. O'C. ;

Dubus, G. ;

Egberts, K. ;

Emmanoulopoulos, D. ;

Espigat, P. ;

Feinstein, F. ;

Ferrero, E. ;

Fiasson, A. ;

Fontaine, G. ;

Funk, Seb. ;

Funk, S. ;

Fuessling, M. ;

Gallant, Y. A. ;

Giebels, B. ;

Glicenstein, J. F. ;

Goret, P. ;

Hadjichristidis, C. ;

Hauser, D. ;

Hauser, M. ;

Heinzelmann, G. ;

Henri, G. ;

Hermann, G. ;

Hinton, J. A. ;

Hoffmann, A. ;

Hofmann, W. ;

Holleran, M. ;

Hoppe, S. .

SCIENCE, 2006, 314 (5804) :1424-1427

[7] Is the giant radio galaxy M 87 a TeV gamma-ray emitter? [J].

Aharonian, F ;

Akhperjanian, A ;

Beilicke, M ;

Bernlöhr, K ;

Börst, HG ;

Bojahr, H ;

Bolz, O ;

Coarasa, T ;

Contreras, JL ;

Cortina, J ;

Denninghoff, S ;

Fonseca, MV ;

Girma, M ;

Götting, N ;

Heinzelmann, G ;

Hermann, G ;

Heusler, A ;

Hofmann, W ;

Horns, D ;

Jung, I ;

Kankanyan, R ;

Kestel, M ;

Kohnle, A ;

Konopelko, A ;

Kornmeyer, H ;

Kranich, D ;

Lampeitl, H ;

Lopez, M ;

Lorenz, E ;

Lucarelli, F ;

Mang, O ;

Meyer, H ;

Mirzoyan, R ;

Moralejo, A ;

Ona-Wilhelmi, E ;

Panter, M ;

Plyasheshnikov, A ;

Pühlhofer, G ;

de los Reyes, R ;

Rhode, W ;

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Rowell, G ;

Sahakian, V ;

Samorski, M ;

Schilling, M ;

Siems, M ;

Sobzynska, D ;

Stamm, W ;

Tluczykont, M ;

Vitale, V .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2003, 403 (01) :L1-L5

[8] VERY HIGH ENERGY GAMMA-RAY OBSERVATIONS OF STRONG FLARING ACTIVITY IN M87 IN 2008 FEBRUARY [J].

Albert, J. ;

Aliu, E. ;

Anderhub, H. ;

Antonelli, L. A. ;

Antoranz, P. ;

Backes, M. ;

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Barrio, J. A. ;

Bartko, H. ;

Bastieri, D. ;

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Bretz, T. ;

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De Angelis, A. ;

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de los Reyes, R. ;

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Delgado Mendez, C. ;

Dominguez, A. ;

Dorner, D. ;

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Errando, M. ;

Fagiolini, M. ;

Ferenc, D. ;

Fernandez, E. ;

Firpo, R. ;

Fonseca, M. V. ;

Font, L. ;

Galante, N. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2008, 685 (01) :L23-L26

[9] VERITAS OBSERVATIONS OF DAY-SCALE FLARING OF M 87 IN 2010 APRIL [J].

Aliu, E. ;

Arlen, T. ;

Aune, T. ;

Beilicke, M. ;

Benbow, W. ;

Bouvier, A. ;

Bradbury, S. M. ;

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Bugaev, V. ;

Byrum, K. ;

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Imran, A. ;

Kaaret, P. ;

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Kertzman, M. ;

Kieda, D. ;

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Krennrich, F. ;

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Maier, G. ;

Majumdar, P. ;

McArthur, S. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2012, 746 (02)

[10]

Atwood W., 2013, 2012 FERM S P ECONF

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共 48 条

[1] Gamma-ray blazar spectra with HESS II mono analysis: The case of PKS2155-304 and PG1553+113 [J].

Abdalla, H. ;

Abramowski, A. ;

Aharonian, F. ;

Benkhali, F. Ait ;

Akhperjanian, A. G. ;

Andersson, T. ;

Anguener, E. O. ;

Arrieta, M. ;

Aubert, P. ;

Backes, M. ;

Balzer, A. ;

Barnard, M. ;

Becherini, Y. ;

Tjus, J. Becker ;

Berge, D. ;

Bernhard, S. ;

Bernloehr, K. ;

Blackwell, R. ;

Bottcher, M. ;

Boisson, C. ;

Bolmont, J. ;

Bordas, P. ;

Brun, F. ;

Brun, P. ;

Bryan, M. ;

Bulik, T. ;

Capasso, M. ;

Carr, J. ;

Casanova, S. ;

Cerruti, M. ;

Chakraborty, N. ;

Chalme-Calvet, R. ;

Chaves, R. C. G. ;

Chen, A. ;

Chevalier, J. ;

Chretien, M. ;

Colafrancesco, S. ;

Cologna, G. ;

Condon, B. ;

Conrad, J. ;

Couturier, C. ;

Cui, Y. ;

Davids, I. D. ;

Degrange, B. ;

Deil, C. ;

Devin, J. ;

dewilt, P. ;

Dirson, L. ;

Djannati-Atai, A. ;

Domainko, W. .

ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2017, 600

[2] FERMI LARGE AREA TELESCOPE GAMMA-RAY DETECTION OF THE RADIO GALAXY M87 [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. ;

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. ;

Cannon, A. ;

Caraveo, P. A. ;

Casandjian, J. M. ;

Cavazzuti, E. ;

Cecchi, C. ;

Celik, Oe ;

Charles, E. ;

Cheung, C. C. ;

Chiang, J. ;

Ciprini, S. ;

Claus, R. ;

Cohen-Tanugi, J. ;

Colafrancesco, S. ;

Conrad, J. ;

Costamante, L. ;

Cutini, S. ;

Davis, D. S. ;

Dermer, C. D. ;

de Angelis, A. ;

de Palma, F. ;

Digel, S. W. ;

Donato, D. ;

do Couto e Silva, E. ;

Drell, P. S. ;

Dubois, R. ;

Dumora, D. ;

Edmonds, Y. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2009, 707 (01) :55-60

[3] THE 2010 VERY HIGH ENERGY γ-RAY FLARE AND 10 YEARS OF MULTI-WAVELENGTH OBSERVATIONS OF M 87 [J].

Abramowski, A. ;

Acero, F. ;

Aharonian, F. ;

Akhperjanian, A. G. ;

Anton, G. ;

Balzer, A. ;

Barnacka, A. ;

de Almeida, U. Barres ;

Becherini, Y. ;

Becker, J. ;

Behera, B. ;

Bernloehr, K. ;

Birsin, E. ;

Biteau, J. ;

Bochow, A. ;

Boisson, C. ;

Bolmont, J. ;

Bordas, P. ;

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. ;

Clapson, A. C. ;

Coignet, G. ;

Cologna, G. ;

Conrad, J. ;

Dalton, M. ;

Daniel, M. K. ;

Davids, I. D. ;

Degrange, B. ;

Deil, C. ;

Dickinson, H. J. ;

Djannati-Atai, A. ;

Domainko, W. ;

Drury, L. O'C. ;

Dubus, G. ;

Dutson, K. ;

Dyks, J. ;

Dyrda, M. ;

Egberts, K. ;

Eger, P. ;

Espigat, P. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2012, 746 (02)

[4] Radio Imaging of the Very-High-Energy γ-Ray Emission Region in the Central Engine of a Radio Galaxy [J].

Acciari, V. A. ;

Aliu, E. ;

Arlen, T. ;

Bautista, M. ;

Beilicke, M. ;

Benbow, W. ;

Bradbury, S. M. ;

Buckley, J. H. ;

Bugaev, V. ;

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Cesarini, A. ;

Chow, Y. C. ;

Ciupik, L. ;

Cogan, P. ;

Cui, W. ;

Dickherber, R. ;

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Gillanders, G. H. ;

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Guenette, R. ;

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Hanna, D. ;

Holder, J. ;

Horan, D. ;

Hui, C. M. ;

Humensky, T. B. ;

Imran, A. ;

Kaaret, P. ;

Karlsson, N. ;

Kieda, D. ;

Kildea, J. ;

Konopelko, A. ;

Krawczynski, H. ;

Krennrich, F. ;

Lang, M. J. ;

LeBohec, S. ;

Maier, G. ;

McCann, A. ;

McCutcheon, M. ;

Millis, J. ;

Moriarty, P. ;

Ong, R. A. .

SCIENCE, 2009, 325 (5939) :444-448

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

Acero, F. ;

Ackermann, M. ;

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Barbiellini, G. ;

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Caputo, R. ;

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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] Fast variability of tera-electron volt γ rays from the radio galaxy M87 [J].

Aharonian, F. ;

Akhperjanian, A. G. ;

Bazer-Bachi, A. R. ;

Beilicke, M. ;

Benbow, W. ;

Berge, D. ;

Bernloehr, K. ;

Boisson, C. ;

Bolz, O. ;

Borrel, V. ;

Braun, I. ;

Brown, A. M. ;

Buehler, R. ;

Buesching, I. ;

Carrigan, S. ;

Chadwick, P. M. ;

Chounet, L. -M. ;

Coignet, G. ;

Cornils, R. ;

Costamante, L. ;

Degrange, B. ;

Dickinson, H. J. ;

Djannati-Atai, A. ;

Drury, L. O'C. ;

Dubus, G. ;

Egberts, K. ;

Emmanoulopoulos, D. ;

Espigat, P. ;

Feinstein, F. ;

Ferrero, E. ;

Fiasson, A. ;

Fontaine, G. ;

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Hermann, G. ;

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Hoffmann, A. ;

Hofmann, W. ;

Holleran, M. ;

Hoppe, S. .

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[7] Is the giant radio galaxy M 87 a TeV gamma-ray emitter? [J].

Aharonian, F ;

Akhperjanian, A ;

Beilicke, M ;

Bernlöhr, K ;

Börst, HG ;

Bojahr, H ;

Bolz, O ;

Coarasa, T ;

Contreras, JL ;

Cortina, J ;

Denninghoff, S ;

Fonseca, MV ;

Girma, M ;

Götting, N ;

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Hermann, G ;

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Hofmann, W ;

Horns, D ;

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Kankanyan, R ;

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Kohnle, A ;

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Kornmeyer, H ;

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Lopez, M ;

Lorenz, E ;

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Mirzoyan, R ;

Moralejo, A ;

Ona-Wilhelmi, E ;

Panter, M ;

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