학술논문
Peta-electron volt gamma-ray emission from the Crab Nebula
Document Type
Working Paper
Author
The LHAASO Collaboration; Cao, Zhen; 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, Zhe; Chang, J.; Chang, J. F.; Chen, B. M.; Chen, E. S.; Chen, J.; Chen, Liang; Chen, Long; 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.; Piazzoli, B. D'Ettorre; Dai, B. Z.; Dai, H. L.; Dai, Z. G.; Danzengluobu; della Volpe, D.; Dong, X. J.; Duan, K. K.; 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.; Gao, C. D.; Gao, L. Q.; Gao, Q.; Gao, W.; Ge, M. M.; Geng, L. S.; Gong, G. H.; Gou, Q. B.; Gu, M. H.; Guo, F. L.; Guo, J. G.; Guo, X. L.; Guo, Y. Q.; Guo, Y. Y.; Han, Y. A.; He, H. H.; He, H. N.; He, J. C.; He, S. L.; He, X. B.; He, Y.; Heller, M.; Hor, Y. K.; Hou, C.; Hou, X.; Hu, H. B.; Hu, S.; Hu, S. C.; Hu, X. J.; Huang, D. H.; Huang, Q. L.; Huang, W. H.; Huang, X. T.; Huang, X. Y.; Huang, Z. C.; Ji, F.; Ji, X. L.; Jia, H. Y.; Jiang, K.; Jiang, Z. J.; Jin, C.; Ke, T.; Kuleshov, D.; Levochkin, K.; Li, B. B.; Li, Cheng; Li, Cong; Li, F.; Li, H. B.; Li, H. C.; Li, H. Y.; Li, Jie; Li, Jian; Li, K.; Li, W. L.; Li, X. R.; Li, Xin; Li, Y.; Li, Y. Z.; Li, Zhe; Li, Zhuo; Liang, E. W.; Liang, Y. F.; Lin, S. J.; Liu, B.; Liu, C.; Liu, D.; Liu, H.; Liu, H. D.; Liu, J.; Liu, J. L.; Liu, J. S.; Liu, J. Y.; Liu, M. Y.; Liu, R. Y.; Liu, S. M.; Liu, W.; Liu, Y.; Liu, Y. N.; Liu, Z. X.; Long, W. J.; Lu, R.; Lv, H. K.; Ma, B. Q.; Ma, L. L.; Ma, X. H.; Mao, J. R.; Masood, A.; Min, Z.; Mitthumsiri, W.; Montaruli, T.; Nan, Y. C.; Pang, B. Y.; Pattarakijwanich, P.; Pei, Z. Y.; Qi, M. Y.; Qi, Y. Q.; Qiao, B. Q.; Qin, J. J.; Ruffolo, D.; Rulev, V.; Sáiz, A.; Shao, L.; Shchegolev, O.; Sheng, X. D.; Shi, J. Y.; Song, H. C.; Stenkin, Yu. V.; Stepanov, V.; Su, Y.; Sun, Q. N.; Sun, X. N.; Sun, Z. B.; Tam, P. H. T.; Tang, Z. B.; Tian, W. W.; Wang, B. D.; Wang, C.; Wang, H.; Wang, H. G.; Wang, J. C.; Wang, J. S.; Wang, L. P.; Wang, L. Y.; Wang, R. N.; Wang, Wei; Wang, X. G.; Wang, X. J.; Wang, X. Y.; Wang, Y.; Wang, Y. D.; Wang, Y. J.; Wang, Y. P.; Wang, Z. H.; Wang, Z. X.; Wang, Zhen; Wang, Zheng; Wei, D. M.; Wei, J. J.; Wei, Y. J.; Wen, T.; Wu, C. Y.; Wu, H. R.; Wu, S.; Wu, W. X.; Wu, X. F.; Xi, S. Q.; Xia, J.; Xia, J. J.; Xiang, G. M.; Xiao, D. X.; Xiao, G.; Xiao, H. B.; Xin, G. G.; Xin, Y. L.; Xing, Y.; Xu, D. L.; Xu, R. X.; Xue, L.; Yan, D. H.; Yan, J. Z.; Yang, C. W.; Yang, F. F.; Yang, J. Y.; Yang, L. L.; Yang, M. J.; Yang, R. Z.; Yang, S. B.; Yao, Y. H.; Yao, Z. G.; Ye, Y. M.; Yin, L. Q.; Yin, N.; You, X. H.; You, Z. Y.; Yu, Y. H.; Yuan, Q.; Zeng, H. D.; Zeng, T. X.; Zeng, W.; Zeng, Z. K.; Zha, M.; Zhai, X. X.; Zhang, B. B.; Zhang, H. M.; Zhang, H. Y.; Zhang, J. L.; Zhang, J. W.; Zhang, L. X.; Zhang, Li; Zhang, Lu; Zhang, P. F.; Zhang, P. P.; Zhang, R.; Zhang, S. R.; Zhang, S. S.; Zhang, X.; Zhang, X. P.; Zhang, Y. F.; Zhang, Y. L.; Zhang, Yi; Zhang, Yong; Zhao, B.; Zhao, J.; Zhao, L.; Zhao, L. Z.; Zhao, S. P.; Zheng, F.; Zheng, Y.; Zhou, B.; Zhou, H.; Zhou, J. N.; Zhou, P.; Zhou, R.; Zhou, X. X.; Zhu, C. G.; Zhu, F. R.; Zhu, H.; Zhu, K. J.; Zuo, X.
Source
Science, 2021, Vol 373, Issue 6553, pp. 425-430
Subject
Language
Abstract
The Crab pulsar and the surrounding nebula powered by the pulsar's rotational energy through the formation and termination of a relativistic electron-positron wind is a bright source of gamma-rays carrying crucial information about this complex conglomerate. We report the detection of $\gamma$-rays with a spectrum showing gradual steepening over three energy decades, from $5\times 10^{-4}$ to $1.1$ petaelectronvolt (PeV). The ultra-high-energy photons exhibit the presence of a PeV electron accelerator (a pevatron) with an acceleration rate exceeding 15% of the absolute theoretical limit. Assuming that unpulsed $\gamma$-rays are produced at the termination of the pulsar's wind, we constrain the pevatron's size, between $0.025$ and $0.1$ pc, and the magnetic field $\approx 110 \mu$G. The production rate of PeV electrons, $2.5 \times 10^{36}$ erg $\rm s^{-1}$, constitutes 0.5% of the pulsar's spin-down luminosity, although we do not exclude a non-negligible contribution of PeV protons to the production of the highest energy $\gamma$-rays.
Comment: 43 pages, 13 figures, 2 tables; Published in Science
Comment: 43 pages, 13 figures, 2 tables; Published in Science