Resolving the Crab pulsar wind nebula at teraelectronvolt energies - Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Nature Astron. Année : 2020

Resolving the Crab pulsar wind nebula at teraelectronvolt energies

H. Abdalla , F. Aharonian , F. Ait Benkhali , E.O. Angüner (1) , M. Arakawa , C. Arcaro , C. Armand (2) , M. Backes , M. Barnard , Y. Becherini , J. Becker Tjus , D. Berge , K. Bernlöhr , R. Blackwell , M. Böttcher , C. Boisson (3) , J. Bolmont (4) , S. Bonnefoy , P. Bordas , J. Bregeon (5) , F. Brun (6) , P. Brun (6) , M. Bryan , M. Büchele , T. Bulik , T. Bylund , M. Capasso , S. Caroff (7) , A. Carosi (2) , S. Casanova , M. Cerruti (4) , N. Chakraborty , T. Chand , S. Chandra , R.C.G. Chaves (5) , A. Chen , S. Colafrancesco , B. Condon (8) , I.D. Davids , C. Deil , J. Devin (5) , P. Dewilt , L. Dirson , A. Djannati-Ataï (9) , A. Dmytriiev (3) , A. Donath , V. Doroshenko , L.O'C. Drury , J. Dyks , K. Egberts , G. Emery (4) , J.P. Ernenwein (1) , S. Eschbach , S. Fegan (7) , A. Fiasson (2) , G. Fontaine (7) , S. Funk , M. Füßling , S. Gabici (9) , Y.A. Gallant (5) , F. Gaté (2) , G. Giavitto , D. Glawion , J.F. Glicenstein (6) , D. Gottschall , M.H. Grondin (8) , J. Hahn , M. Haupt , G. Heinzelmann , G. Henri (10) , G. Hermann , J.A. Hinton , W. Hofmann , C. Hoischen , T.L. Holch , M. Holler , D. Horns , D. Huber , H. Iwasaki , A. Jacholkowska (4) , M. Jamrozy , D. Jankowsky , F. Jankowsky , L. Jouvin (9) , I. Jung-Richardt , M.A. Kastendieck , K. Katarzyński , M. Katsuragawa , U. Katz , D. Khangulyan , B. Khélifi (9) , J. King , S. Klepser , W. Kluźniak , Nu. Komin , K. Kosack (6) , M. Kraus , G. Lamanna (2) , J. Lau , J. Lefaucheur (3) , A. Lemière (9) , M. Lemoine-Goumard (8) , J.P. Lenain (4) , E. Leser , T. Lohse , R. López-Coto , I. Lypova , D. Malyshev , V. Marandon , A. Marcowith (5) , C. Mariaud (7) , G. Martí-Devesa , R. Marx , G. Maurin (2) , P.J. Meintjes , A.M.W. Mitchell , R. Moderski , M. Mohamed , L. Mohrmann , C. Moore , E. Moulin (6) , T. Murach , S. Nakashima , M. de Naurois (7) , H. Ndiyavala , F. Niederwanger , J. Niemiec , L. Oakes , P. O'Brien , H. Odaka , S. Ohm , M. Ostrowski , I. Oya , M. Panter , R.D. Parsons , C. Perennes (4) , P.O. Petrucci (10) , B. Peyaud (6) , Q. Piel (2) , S. Pita (9) , V. Poireau (2) , A. Priyana Noel , D.A. Prokhorov , H. Prokoph , G. Pühlhofer , M. Punch (9) , A. Quirrenbach , S. Raab , R. Rauth , A. Reimer , O. Reimer , M. Renaud (5) , F. Rieger , L. Rinchiuso (6) , C. Romoli , G. Rowell , B. Rudak , E. Ruiz-Velasco , V. Sahakian , S. Saito , D.A. Sanchez (2) , A. Santangelo , M. Sasaki , R. Schlickeiser , F. Schüssler (6) , A. Schulz , H. Schutte , U. Schwanke , S. Schwemmer , M. Seglar-Arroyo (6) , M. Senniappan , A.S. Seyffert , N. Shafi , I. Shilon , K. Shiningayamwe , R. Simoni , A. Sinha (9) , H. Sol (3) , A. Specovius , M. Spir-Jacob (9) , L. Stawarz , R. Steenkamp , C. Stegmann , C. Steppa , T. Takahashi , J.P. Tavernet (4) , T. Tavernier (6) , A.M. Taylor , R. Terrier (9) , D. Tiziani , M. Tluczykont , C. Trichard (7) , M. Tsirou (5) , N. Tsuji , R. Tuffs , Y. Uchiyama , D.J. van der Walt , C. van Eldik , C. van Rensburg , B. van Soelen , G. Vasileiadis (5) , J. Veh , C. Venter , P. Vincent (4) , J. Vink , F. Voisin , H.J. Völk , T. Vuillaume (2) , Z. Wadiasingh , S.J. Wagner , R.M. Wagner , R. White , A. Wierzcholska , R. Yang , H. Yoneda , D. Zaborov (7) , M. Zacharias , R. Zanin , A.A. Zdziarski , A. Zech (3) , A. Ziegler , J. Zorn , N. Żywucka
H. Abdalla
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F. Aharonian
F. Ait Benkhali
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M. Arakawa
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J. Zorn
N. Żywucka

Résumé

The Crab nebula is one of the most-studied cosmic particle accelerators, shining brightly across the entire electromagnetic spectrum up to very-high-energy gamma rays1,2. It is known from observations in the radio to gamma-ray part of the spectrum that the nebula is powered by a pulsar, which converts most of its rotational energy losses into a highly relativistic outflow. This outflow powers a pulsar wind nebula, a region of up to ten light-years across, filled with relativistic electrons and positrons. These particles emit synchrotron photons in the ambient magnetic field and produce very-high-energy gamma rays by Compton up-scattering of ambient low-energy photons. Although the synchrotron morphology of the nebula is well established, it has not been known from which region the very-high-energy gamma rays are emitted3,4,5,6,7,8. Here we report that the Crab nebula has an angular extension at gamma-ray energies of 52 arcseconds (assuming a Gaussian source width), much larger than at X-ray energies. This result closes a gap in the multi-wavelength coverage of the nebula, revealing the emission region of the highest-energy gamma rays. These gamma rays enable us to probe a previously inaccessible electron and positron energy range. We find that simulations of the electromagnetic emission reproduce our measurement, providing a non-trivial test of our understanding of particle acceleration in the Crab nebula.
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H. Abdalla, F. Aharonian, F. Ait Benkhali, E.O. Angüner, M. Arakawa, et al.. Resolving the Crab pulsar wind nebula at teraelectronvolt energies. Nature Astron., 2020, 4 (2), pp.167-173. ⟨10.1038/s41550-019-0910-0⟩. ⟨hal-02483963⟩
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