First Detection of Photons with Energy beyond 100 TeV from an Astrophysical Source

被引:164
作者
Amenomori, M. [1 ]
Bao, Y. W. [2 ]
Bi, X. J. [3 ]
Chen, D. [4 ]
Chen, T. L. [5 ]
Chen, W. Y. [3 ]
Chen, Xu [3 ,6 ]
Chen, Y. [2 ]
Cirennima [5 ]
Cui, S. W. [7 ]
Danzengluobu [5 ]
Ding, L. K. [3 ]
Fang, J. H. [3 ,6 ]
Fang, K. [3 ]
Feng, C. F. [8 ]
Feng, Zhaoyang [3 ]
Feng, Z. Y. [9 ]
Gao, Qi [5 ]
Gou, Q. B. [3 ]
Guo, Y. Q. [3 ]
He, H. H. [3 ]
He, Z. T. [7 ]
Hibino, K. [10 ]
Hotta, N. [11 ]
Hu, Haibing [5 ]
Hu, H. B. [3 ]
Huang, J. [3 ]
Jia, H. Y. [9 ]
Jiang, L. [3 ]
Jin, H. B. [4 ]
Kajino, F. [12 ]
Kasahara, K. [13 ]
Katayose, Y. [14 ]
Kato, C. [15 ]
Kato, S. [16 ]
Kawata, K. [16 ]
Kozai, M. [17 ]
Labaciren [5 ]
Le, G. M. [18 ]
Li, A. F. [3 ,8 ,19 ]
Li, H. J. [5 ]
Li, W. J. [3 ,9 ]
Lin, Y. H. [3 ,6 ]
Liu, B. [2 ]
Liu, C. [3 ]
Liu, J. S. [3 ]
Liu, M. Y. [5 ]
Lou, Y-Q [20 ,21 ]
Lu, H. [3 ]
Meng, X. R. [5 ]
机构
[1] Hirosaki Univ, Dept Phys, Hirosaki, Aomori 0368561, Japan
[2] Nanjing Univ, Sch Astron & Space Sci, Nanjing 210093, Jiangsu, Peoples R China
[3] Chinese Acad Sci, Inst High Energy Phys, Key Lab Particle Astrophys, Beijing 100049, Peoples R China
[4] Chinese Acad Sci, Nal Astron Observ, Beijing 100012, Peoples R China
[5] Tibet Univ, Phys Dept, Sci Sch, Lhasa 850000, Peoples R China
[6] Univ Chinese Acad Sci, Beijing 100049, Peoples R China
[7] Hebei Normal Univ, Dept Phys, Shijiazhuang 050016, Hebei, Peoples R China
[8] Shandong Univ, Dept Phys, Jinan 250100, Shandong, Peoples R China
[9] SouthWest Jiaotong Univ, Inst Modern Phys, Chengdu 610031, Sichuan, Peoples R China
[10] Kanagawa Univ, Fac Engn, Yokohama, Kanagawa 2218686, Japan
[11] Utsunomiya Univ, Fac Educ, Utsunomiya, Tochigi 3218505, Japan
[12] Konan Univ, Dept Phys, Kobe, Hyogo 6588501, Japan
[13] Waseda Univ, Res Inst Sci & Engn, Tokyo 1698555, Japan
[14] Yokohama Natl Univ, Fac Engn, Yokohama, Kanagawa 2408501, Japan
[15] Shinshu Univ, Dept Phys, Matsumoto, Nagano 3908621, Japan
[16] Univ Tokyo, Inst Cosm Ray Res, Kashiwa, Chiba 2778582, Japan
[17] Japan Aerosp Explorat Agcy ISAS JAXA, Inst Space & Astronaut Sci, Sagamihara, Kanagawa 2525210, Japan
[18] China Meteorol Adm, Natl Ctr Space Weather, Beijing 100081, Peoples R China
[19] Shandong Agr Univ, Sch Informat Sci & Engn, Tai An 271018, Shandong, Peoples R China
[20] Tsinghua Univ, China Joint Res Ctr Astrophys, Tsinghua Natl Astron Observ, Phys Dept,Astron Dept, Beijing 100084, Peoples R China
[21] Tsinghua Univ, China Joint Res Ctr Astrophys, Tsinghua Natl Astron Observ, Tsinghua Ctr Astrophys, Beijing 100084, Peoples R China
[22] Natl Inst Informat, Tokyo 1018430, Japan
[23] Sakushin Gakuin Univ, Utsunomiya, Tochigi 3213295, Japan
[24] Shandong Management Univ, Dept Mech & Elect Engn, Jinan 250357, Shandong, Peoples R China
[25] China Univ Petr, Coll Sci, Qingdao 266555, Shandong, Peoples R China
[26] Tokyo Metropolitan Coll Ind Technol, Tokyo 1168523, Japan
[27] Nihon Univ, Coll Ind Technol, Narashino, Chiba 2758576, Japan
[28] Shonan Inst Technol, Fujisawa, Kanagawa 2518511, Japan
[29] Japan Atom Energy Agcy, Tokai, Ibaraki 3191195, Japan
基金
日本学术振兴会; 中国国家自然科学基金; 国家重点研发计划;
关键词
GAMMA-RAY OBSERVATION; CRAB-NEBULA; PULSAR; SPECTRUM; WISPS;
D O I
10.1103/PhysRevLett.123.051101
中图分类号
O4 [物理学];
学科分类号
0702 ;
摘要
We report on the highest energy photons from the Crab Nebula observed by the Tibet air shower array with the underground water-Cherenkov-type muon detector array. Based on the criterion of a muon number measured in an air shower, we successfully suppress 99.92% of the cosmic-ray background events with energies E > 100 TeV. As a result, we observed 24 photonlike events with E > 100 TeV against 5.5 background events, which corresponds to a 5.6 sigma statistical significance. This is the first detection of photons with E > 100 TeV from an astrophysical source.
引用
收藏
页数:6
相关论文
共 30 条
[1]   OBSERVATION AND SPECTRAL MEASUREMENTS OF THE CRAB NEBULA WITH MILAGRO [J].
Abdo, A. A. ;
Allen, B. T. ;
Atkins, R. ;
Aune, T. ;
Benbow, W. ;
Berley, D. ;
Blaufuss, E. ;
Bonamente, E. ;
Bussons, J. ;
Chen, C. ;
Christopher, G. E. ;
Coyne, D. G. ;
DeYoung, T. ;
Dingus, B. L. ;
Dorfan, D. E. ;
Ellsworth, R. W. ;
Falcone, A. ;
Fleysher, L. ;
Fleysher, R. ;
Galbraith-Frew, J. ;
Gonzalez, M. M. ;
Goodman, J. A. ;
Haines, T. J. ;
Hays, E. ;
Hoffman, C. M. ;
Huentemeyer, P. H. ;
Kelley, L. A. ;
Kolterman, B. E. ;
Lansdell, C. P. ;
Linnemann, J. T. ;
McCullough, J. ;
McEnery, J. E. ;
Morgan, T. ;
Mincer, A. I. ;
Morales, M. F. ;
Nemethy, P. ;
Noyes, D. ;
Pretz, J. ;
Ryan, J. M. ;
Samuelson, F. W. ;
Parkinson, P. M. Saz ;
Shoup, A. ;
Sinnis, G. ;
Smith, A. J. ;
Sullivan, G. W. ;
Vasileiou, V. ;
Walker, G. P. ;
Wascko, M. ;
Williams, D. A. ;
Westerhoff, S. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2012, 750 (01)
[2]   Observation of the Crab Nebula with the HAWC Gamma-Ray Observatory [J].
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. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 843 (01)
[3]   GEANT4-a simulation toolkit [J].
Agostinelli, S ;
Allison, J ;
Amako, K ;
Apostolakis, J ;
Araujo, H ;
Arce, P ;
Asai, M ;
Axen, D ;
Banerjee, S ;
Barrand, G ;
Behner, F ;
Bellagamba, L ;
Boudreau, J ;
Broglia, L ;
Brunengo, A ;
Burkhardt, H ;
Chauvie, S ;
Chuma, J ;
Chytracek, R ;
Cooperman, G ;
Cosmo, G ;
Degtyarenko, P ;
Dell'Acqua, A ;
Depaola, G ;
Dietrich, D ;
Enami, R ;
Feliciello, A ;
Ferguson, C ;
Fesefeldt, H ;
Folger, G ;
Foppiano, F ;
Forti, A ;
Garelli, S ;
Giani, S ;
Giannitrapani, R ;
Gibin, D ;
Cadenas, JJG ;
González, I ;
Abril, GG ;
Greeniaus, G ;
Greiner, W ;
Grichine, V ;
Grossheim, A ;
Guatelli, S ;
Gumplinger, P ;
Hamatsu, R ;
Hashimoto, K ;
Hasui, H ;
Heikkinen, A ;
Howard, A .
NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2003, 506 (03) :250-303
[4]   Observations of the crab nebula with HESS [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. ;
Breitling, F. ;
Brown, A. M. ;
Buehler, R. ;
Buesching, I. ;
Carrigan, S. ;
Chadwick, P. M. ;
Chounet, L. -M. ;
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. ;
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. ;
Hofmann, W. ;
Holleran, M. ;
Horns, D. ;
Jacholkowska, A. ;
de Jager, O. C. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2006, 457 (03) :899-915
[5]   The Crab nebula and pulsar between 500 gev and 80 tev:: Observations with the HEGRA stereoscopic air Cerenkov telescopes [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 ;
Kranich, D ;
Lampeitl, H ;
Lopez, M ;
Lorenz, E ;
Lucarelli, F ;
Mang, O ;
Mazin, D ;
Meyer, H ;
Mirzoyan, R ;
Moralejo, A ;
Oña-Wilhelmi, E ;
Panter, M ;
Plyasheshnikov, A ;
Puhlhofer, G ;
de los Reyes, R ;
Rhode, W ;
Ripken, J ;
Rowell, G ;
Sahakian, V ;
Samorski, M ;
Schilling, M ;
Siems, M ;
Sobzynska, D ;
Stamm, W ;
Tluczykont, M ;
Vitale, V .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2004, 614 (02) :897-913
[6]   VHE γ-ray observation of the Crab Nebula and its pulsar with the MAGIC telescope [J].
Albert, J. ;
Aliu, E. ;
Anderhub, H. ;
Antoranz, P. ;
Armada, A. ;
Baixeras, C. ;
Barrio, J. A. ;
Bartko, H. ;
Bastieri, D. ;
Becker, J. K. ;
Bednarek, W. ;
Berger, K. ;
Bigongiari, C. ;
Biland, A. ;
Bock, R. K. ;
Bordas, P. ;
Bosch-Ramon, V. ;
Bretz, T. ;
Britvitch, I. ;
Camara, M. ;
Carmona, E. ;
Chilingarian, A. ;
Coarasa, J. A. ;
Commichau, S. ;
Contreras, J. L. ;
Cortina, J. ;
Costado, M. T. ;
Curtef, V. ;
Danielyan, V. ;
Dazzi, F. ;
De Angelis, A. ;
Delgado, C. ;
de los Reyes, R. ;
De Lotto, B. ;
Domingo-Santamaria, E. ;
Dorner, D. ;
Doro, M. ;
Errando, M. ;
Fagiolini, M. ;
Ferenc, D. ;
Fernandez, E. ;
Firpo, R. ;
Flix, J. ;
Fonseca, M. V. ;
Font, L. ;
Fuchs, M. ;
Galante, N. ;
Garcia-Lopez, R. ;
Garczarczyk, M. ;
Gaug, M. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2008, 674 (02) :1037-1055
[7]   Measurement of the Crab Nebula spectrum over three decades in energy with the MAGIC telescopes [J].
Aleksic, J. ;
Ansoldi, S. ;
Antonelli, L. A. ;
Antoranz, P. ;
Babic, A. ;
Bangale, P. ;
Barrio, J. A. ;
Becerra Gonzalez, J. ;
Bednarek, W. ;
Bernardini, E. ;
Biasuzzi, B. ;
Biland, A. ;
Blanch, O. ;
Bonnefoy, S. ;
Bonnoli, G. ;
Borracci, F. ;
Bretz, T. ;
Carmona, E. ;
Carosi, A. ;
Colin, P. ;
Colombo, E. ;
Contreras, J. L. ;
Cortina, J. ;
Covino, S. ;
Da Vela, P. ;
Dazzi, F. ;
De Angelis, A. ;
De Caneva, G. ;
De Lotto, B. ;
de Ona Wilhelmi, E. ;
Delgado Mendez, C. ;
Doert, M. ;
Prester, D. Dominis ;
Dorner, D. ;
Doro, M. ;
Einecke, S. ;
Eisenacher, D. ;
Elsaesser, D. ;
Fonseca, M. V. ;
Font, L. ;
Frantzen, K. ;
Fruck, C. ;
Galindo, D. ;
Garcia Lopez, R. J. ;
Garczarczyk, M. ;
Terrats, D. Garrido ;
Gaug, M. ;
Godinovic, N. ;
Gonzalez Munoz, A. ;
Gozzini, S. R. .
JOURNAL OF HIGH ENERGY ASTROPHYSICS, 2015, 5-6 :30-38
[8]   A SEARCH FOR ENHANCED VERY HIGH ENERGY GAMMA-RAY EMISSION FROM THE 2013 MARCH CRAB NEBULA FLARE [J].
Aliu, E. ;
Archambault, S. ;
Aune, T. ;
Benbow, W. ;
Berger, K. ;
Bird, R. ;
Bouvier, A. ;
Buckley, J. H. ;
Bugaev, V. ;
Byrum, K. ;
Cerruti, M. ;
Chen, X. ;
Ciupik, L. ;
Connolly, M. P. ;
Cui, W. ;
Dumm, J. ;
Errando, M. ;
Falcone, A. ;
Federici, S. ;
Feng, Q. ;
Finley, J. P. ;
Fortin, P. ;
Fortson, L. ;
Furniss, A. ;
Galante, N. ;
Gillanders, G. H. ;
Griffin, S. ;
Griffiths, S. T. ;
Grube, J. ;
Gyuk, G. ;
Hanna, D. ;
Holder, J. ;
Hughes, G. ;
Humensky, T. B. ;
Kaaret, P. ;
Kertzman, M. ;
Khassen, Y. ;
Kieda, D. ;
Krennrich, F. ;
Kumar, S. ;
Lang, M. J. ;
Lyutikov, M. ;
Maier, G. ;
McArthur, S. ;
McCann, A. ;
Meagher, K. ;
Millis, J. ;
Moriarty, P. ;
Mukherjee, R. ;
de Bhroithe, A. O'Faolain .
ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS, 2014, 781 (01)
[9]   The all-particle spectrum of primary cosmic rays in the wide energy range from 1014 to 1017 eV observed with the Tibet-III air-shower array [J].
Amenomori, M. ;
Bi, X. J. ;
Chen, D. ;
Cui, S. W. ;
Danzengluobu ;
Ding, L. K. ;
Ding, X. H. ;
Fan, C. ;
Feng, C. F. ;
Feng, Zhaoyang ;
Feng, Z. Y. ;
Gao, X. Y. ;
Geng, Q. X. ;
Guo, H. W. ;
He, H. H. ;
He, M. ;
Hibino, K. ;
Hotta, N. ;
Hu, Haibing ;
Hu, H. B. ;
Huang, J. ;
Huang, Q. ;
Jia, H. Y. ;
Kajino, F. ;
Kasahara, K. ;
Katayose, Y. ;
Kato, C. ;
Kawata, K. ;
Labaciren ;
Le, G. M. ;
Li, A. F. ;
Li, J. Y. ;
Lou, Y. -Q. ;
Lu, H. ;
Lu, S. L. ;
Meng, X. R. ;
Mizutani, K. ;
Mu, J. ;
Munakata, K. ;
Nagai, A. ;
Nanjo, H. ;
Nishizawa, M. ;
Ohnishi, M. ;
Ohta, I. ;
Onuma, H. ;
Ouchi, T. ;
Ozawa, S. ;
Ren, J. R. ;
Saito, T. ;
Saito, T. Y. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2008, 678 (02) :1165-1179
[10]   SEARCH FOR GAMMA RAYS ABOVE 100 TeV FROM THE CRAB NEBULA WITH THE TIBET AIR SHOWER ARRAY AND THE 100m2 MUON DETECTOR [J].
Amenomori, M. ;
Bi, X. J. ;
Chen, D. ;
Chen, T. L. ;
Chen, W. Y. ;
Cui, S. W. ;
Danzengluobu ;
Ding, L. K. ;
Feng, C. F. ;
Feng, Zhaoyang ;
Feng, Z. Y. ;
Gou, Q. B. ;
Guo, Y. Q. ;
He, H. H. ;
He, Z. T. ;
Hibino, K. ;
Hotta, N. ;
Hu, Haibing ;
Hu, H. B. ;
Huang, J. ;
Jia, H. Y. ;
Jiang, L. ;
Kajino, F. ;
Kasahara, K. ;
Katayose, Y. ;
Kato, C. ;
Kawata, K. ;
Kozai, M. ;
Labaciren ;
Le, G. M. ;
Li, A. F. ;
Li, H. J. ;
Li, W. J. ;
Liu, C. ;
Liu, J. S. ;
Liu, M. Y. ;
Lu, H. ;
Meng, X. R. ;
Miyazaki, T. ;
Mizutani, K. ;
Munakata, K. ;
Nakajima, T. ;
Nakamura, Y. ;
Nanjo, H. ;
Nishizawa, M. ;
Niwa, T. ;
Ohnishi, M. ;
Ohta, I. ;
Ozawa, S. ;
Qian, X. L. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2015, 813 (02)