Very-high-energy $\gamma$-ray emission from young massive star clusters in the Large Magellanic Cloud - École polytechnique Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Astrophys.J.Lett. Année : 2024

Very-high-energy $\gamma$-ray emission from young massive star clusters in the Large Magellanic Cloud

F Aharonian , F. Ait Benkhali , J Aschersleben , H Ashkar (1) , M Backes , V. Barbosa Martins , R Batzofin , Y Becherini (2) , D Berge , K Bernlöhr , M Böttcher , J Bolmont (3) , M de Bony de Lavergne (4) , J Borowska , R Brose , A Brown , F Brun (4) , B Bruno , C Burger-Scheidlin , S Casanova , J Celic , M Cerruti (2) , T Chand , S Chandra , A Chen , J Chibueze , O Chibueze , G Cotter , P Cristofari (5) , J Devin (6) , A Djannati-Ataï (2) , J Djuvsland , A Dmytriiev , K Egberts , S Einecke , K Feijen (2) , M Filipovic , G Fontaine (1) , S Funk , S Gabici (2) , Y.A Gallant (6) , J.F Glicenstein (4) , J Glombitza , G Grolleron (3) , L Haerer , B Heß , J.A Hinton , W Hofmann , T.L Holch , D Horns , Zhiqiu Huang , M Jamrozy , F Jankowsky , I Jung-Richardt , E Kasai , K Katarzyński , R Khatoon , B Khélifi (2) , W Kluźniak , Nu Komin , K Kosack (4) , D Kostunin , A Kundu , R.G Lang , S Le Stum (7) , A Lemière (2) , M Lemoine-Goumard (8) , J.-P Lenain (3) , F Leuschner , J Mackey , V Marandon (4) , G Martí-Devesa , R Marx , A Mehta , A Mitchell , R Moderski , M.O Moghadam , L Mohrmann , A Montanari , E Moulin (4) , M de Naurois (1) , J Niemiec , S Ohm , L Olivera-Nieto , E de Ona Wilhelmi , M Ostrowski , S Panny , U Pensec (3) , G Peron (2) , G Pühlhofer , A Quirrenbach , S Ravikularaman (2) , M Regeard (2) , A Reimer , O Reimer , H Ren , M Renaud (6) , B Reville , F Rieger , G Rowell , B Rudak , E Ruiz-Velasco , K Sabri (6) , V Sahakian , H Salzmann , A Santangelo , M Sasaki , J Schäfer , F Schüssler (4) , H.M Schutte , H Sol (5) , S Spencer , Ł Stawarz , S Steinmassl , C Steppa , K Streil , I Sushch , A.M Taylor , R Terrier (2) , M Tsirou , N Tsuji , C van Eldik , M Vecchi , C Venter , J Vink , S.J Wagner , R White , A Wierzcholska , M Zacharias , A.A Zdziarski , A Zech (5) , N Żywucka
F Aharonian
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F. Ait Benkhali
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J Aschersleben
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M Backes
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V. Barbosa Martins
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R Batzofin
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D Berge
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K Bernlöhr
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M Böttcher
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J Borowska
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R Brose
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A Brown
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J Djuvsland
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A Dmytriiev
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M Filipovic
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J Glombitza
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R White
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A Wierzcholska
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M Zacharias
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A.A Zdziarski
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N Żywucka
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Résumé

The Tarantula Nebula in the Large Magellanic Cloud is known for its high star formation activity. At its center lies the young massive star cluster R136, providing a significant amount of the energy that makes the nebula shine so brightly at many wavelengths. Recently, young massive star clusters have been suggested to also efficiently produce high-energy cosmic rays, potentially beyond PeV energies. Here, we report the detection of very-high-energy $\gamma$-ray emission from the direction of R136 with the High Energy Stereoscopic System, achieved through a multicomponent, likelihood-based modeling of the data. This supports the hypothesis that R136 is indeed a very powerful cosmic-ray accelerator. Moreover, from the same analysis, we provide an updated measurement of the $\gamma$-ray emission from 30 Dor C, the only superbubble detected at TeV energies presently. The $\gamma$-ray luminosity above $0.5\,\mathrm{TeV}$ of both sources is $(2-3)\times 10^{35}\,\mathrm{erg}\,\mathrm{s}^{-1}$. This exceeds by more than a factor of 2 the luminosity of HESS J1646$-$458, which is associated with the most massive young star cluster in the Milky Way, Westerlund 1. Furthermore, the $\gamma$-ray emission from each source is extended with a significance of $>3\sigma$ and a Gaussian width of about $30\,\mathrm{pc}$. For 30 Dor C, a connection between the $\gamma$-ray emission and the nonthermal X-ray emission appears likely. Different interpretations of the $\gamma$-ray signal from R136 are discussed.
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F Aharonian, F. Ait Benkhali, J Aschersleben, H Ashkar, M Backes, et al.. Very-high-energy $\gamma$-ray emission from young massive star clusters in the Large Magellanic Cloud. Astrophys.J.Lett., 2024, 970 (1), pp.L21. ⟨10.3847/2041-8213/ad5e67⟩. ⟨hal-04660661⟩
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