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Prospects for Cherenkov Telescope Array Observations of the Young Supernova Remnant RX J1713.7-3946
(2017)
Acero, F. ; Aloisio, R. ; Amans, J. ; Amato, Elena ; Antonelli, L. A. ; Aramo, C. ; Armstrong, T. ; Arqueros, F. ; Asano, Katsuaki ; Ashley, M. ; Backes, M. ; Balazs, C. ; Balzer, A. ; Bamba, Aya ; Barkov, Maxim ; Barrio, J. A. ; Benbow, Wystan ; Bernloehr, K. ; Beshley, V. ; Bigongiari, C. ; Biland, A. ; Bilinsky, A. ; Bissaldi, Elisabetta ; Biteau, J. ; Blanch, O. ; Blasi, P. ; Blazek, J. ; Boisson, C. ; Bonanno, G. ; Bonardi, A. ; Bonavolonta, C. ; Bonnoli, G. ; Braiding, C. ; Brau-Nogue, S. ; Bregeon, J. ; Brown, A. M. ; Bugaev, V. ; Bulgarelli, A. ; Bulik, T. ; Burton, Michael ; Burtovoi, A. ; Busetto, G. ; Bottcher, M. ; Cameron, R. ; Capalbi, M. ; Caproni, Anderson ; Caraveo, P. ; Carosi, R. ; Cascone, E. ; Cerruti, M. ; Chaty, Sylvain ; Chen, A. ; Chen, X. ; Chernyakova, M. ; Chikawa, M. ; Chudoba, J. ; Cohen-Tanugi, J. ; Colafrancesco, S. ; Conforti, V. ; Contreras, J. L. ; Costa, A. ; Cotter, G. ; Covino, Stefano ; Covone, G. ; Cumani, P. ; Cusumano, G. ; Daniel, M. ; Dazzi, F. ; De Angelis, A. ; De Cesare, G. ; De Franco, A. ; De Frondat, F. ; Dal Pino, E. M. de Gouveia ; De Lisio, C. ; Lopez, R. de los Reyes ; De Lotto, B. ; de Naurois, M. ; De Palma, F. ; Del Santo, M. ; Delgado, C. ; della Volpe, D. ; Di Girolamo, T. ; Di Giulio, C. ; Di Pierro, F. ; Di Venere, L. ; Doro, M. ; Dournaux, J. ; Dumas, D. ; Dwarkadas, Vikram V. ; Diaz, C. ; Ebr, J. ; Egberts, Kathrin ; Einecke, S. ; Elsaesser, D. ; Eschbach, S. ; Falceta-Goncalves, D. ; Fasola, G. ; Fedorova, E. ; Fernandez-Barral, A. ; Ferrand, Gilles ; Fesquet, M. ; Fiandrini, E. ; Fiasson, A. ; Filipovic, Miroslav D. ; Fioretti, V. ; Font, L. ; Fontaine, Gilles ; Franco, F. J. ; Freixas Coromina, L. ; Fujita, Yutaka ; Fukui, Y. ; Funk, S. ; Forster, A. ; Gadola, A. ; Lopez, R. Garcia ; Garczarczyk, M. ; Giglietto, N. ; Giordano, F. ; Giuliani, A. ; Glicenstein, J. ; Gnatyk, R. ; Goldoni, P. ; Grabarczyk, T. ; Graciani, R. ; Graham, J. ; Grandi, P. ; Granot, Jonathan ; Green, A. J. ; Griffiths, S. ; Gunji, S. ; Hakobyan, H. ; Hara, S. ; Hassan, T. ; Hayashida, M. ; Heller, M. ; Helo, J. C. ; Hinton, J. ; Hnatyk, B. ; Huet, J. ; Huetten, M. ; Humensky, T. B. ; Hussein, M. ; Horandel, J. ; Ikeno, Y. ; Inada, T. ; Inome, Y. ; Inoue, S. ; Inoue, T. ; Inoue, Y. ; Ioka, K. ; Iori, Maurizio ; Jacquemier, J. ; Janecek, P. ; Jankowsky, D. ; Jung, I. ; Kaaret, P. ; Katagiri, H. ; Kimeswenger, S. ; Kimura, Shigeo S. ; Knodlseder, J. ; Koch, B. ; Kocot, J. ; Kohri, K. ; Komin, N. ; Konno, Y. ; Kosack, K. ; Koyama, S. ; Kraus, Michaela ; Kubo, Hidetoshi ; Mezek, G. Kukec ; Kushida, J. ; La Palombara, N. ; Lalik, K. ; Lamanna, G. ; Landt, H. ; Lapington, J. ; Laporte, P. ; Lee, S. ; Lees, J. ; Lefaucheur, J. ; Lenain, J. -P. ; Leto, Giuseppe ; Lindfors, E. ; Lohse, T. ; Lombardi, S. ; Longo, F. ; Lopez, M. ; Lucarelli, F. ; Luque-Escamilla, Pedro Luis ; Lopez-Coto, R. ; Maccarone, M. C. ; Maier, G. ; Malaguti, G. ; Mandat, D. ; Maneva, G. ; Mangano, S. ; Marcowith, Alexandre ; Marti, J. ; Martinez, M. ; Martinez, G. ; Masuda, S. ; Maurin, G. ; Maxted, N. ; Melioli, Claudio ; Mineo, T. ; Mirabal, N. ; Mizuno, T. ; Moderski, R. ; Mohammed, M. ; Montaruli, T. ; Moralejo, A. ; Mori, K. ; Morlino, G. ; Morselli, A. ; Moulin, Emmanuel ; Mukherjee, R. ; Mundell, C. ; Muraishi, H. ; Murase, Kohta ; Nagataki, Shigehiro ; Nagayoshi, T. ; Naito, T. ; Nakajima, D. ; Nakamori, T. ; Nemmen, R. ; Niemiec, Jacek ; Nieto, D. ; Nievas-Rosillo, M. ; Nikolajuk, M. ; Nishijima, K. ; Noda, K. ; Nogues, L. ; Nosek, D. ; Novosyadlyj, B. ; Nozaki, S. ; Ohira, Yutaka ; Ohishi, M. ; Ohm, S. ; Okumura, A. ; Ong, R. A. ; Orito, R. ; Orlati, A. ; Ostrowski, M. ; Oya, I. ; Padovani, Marco ; Palacio, J. ; Palatka, M. ; Paredes, Josep M. ; Pavy, S. ; Persic, M. ; Petrucci, P. ; Petruk, Oleh ; Pisarski, A. ; Pohl, Martin ; Porcelli, A. ; Prandini, E. ; Prast, J. ; Principe, G. ; Prouza, M. ; Pueschel, Elisa ; Puelhofer, G. ; Quirrenbach, A. ; Rameez, M. ; Reimer, O. ; Renaud, M. ; Ribo, M. ; Rico, J. ; Rizi, V. ; Rodriguez, J. ; Fernandez, G. Rodriguez ; Rodriguez Vazquez, J. J. ; Romano, Patrizia ; Romeo, G. ; Rosado, J. ; Rousselle, J. ; Rowell, G. ; Rudak, B. ; Sadeh, I. ; Safi-Harb, S. ; Saito, T. ; Sakaki, N. ; Sanchez, D. ; Sangiorgi, P. ; Sano, H. ; Santander, M. ; Sarkar, S. ; Sawada, M. ; Schioppa, E. J. ; Schoorlemmer, H. ; Schovanek, P. ; Schussler, F. ; Sergijenko, O. ; Servillat, M. ; Shalchi, A. ; Shellard, R. C. ; Siejkowski, H. ; Sillanpaa, A. ; Simone, D. ; Sliusar, V. ; Sol, H. ; Stanic, S. ; Starling, R. ; Stawarz, L. ; Stefanik, S. ; Stephan, M. ; Stolarczyk, T. ; Szanecki, M. ; Szepieniec, T. ; Tagliaferri, G. ; Tajima, H. ; Takahashi, M. ; Takeda, J. ; Tanaka, M. ; Tanaka, S. ; Tejedor, L. A. ; Telezhinsky, Igor O. ; Temnikov, P. ; Terada, Y. ; Tescaro, D. ; Teshima, M. ; Testa, V. ; Thoudam, S. ; Tokanai, F. ; Torres, D. F. ; Torresi, E. ; Tosti, G. ; Townsley, C. ; Travnicek, P. ; Trichard, C. ; Trifoglio, M. ; Tsujimoto, S. ; Vagelli, V. ; Vallania, P. ; Valore, L. ; van Driel, W. ; van Eldik, C. ; Vandenbroucke, Justin ; Vassiliev, V. ; Vecchi, M. ; Vercellone, Stefano ; Vergani, S. ; Vigorito, C. ; Vorobiov, S. ; Vrastil, M. ; Vazquez Acosta, M. L. ; Wagner, S. J. ; Wagner, R. ; Wakely, S. P. ; Walter, R. ; Ward, J. E. ; Watson, J. J. ; Weinstein, A. ; White, M. ; White, R. ; Wierzcholska, A. ; Wilcox, P. ; Williams, D. A. ; Wischnewski, R. ; Wojcik, P. ; Yamamoto, T. ; Yamamoto, H. ; Yamazaki, Ryo ; Yanagita, S. ; Yang, L. ; Yoshida, T. ; Yoshida, M. ; Yoshiike, S. ; Yoshikoshi, T. ; Zacharias, M. ; Zampieri, L. ; Zanin, R. ; Zavrtanik, M. ; Zavrtanik, D. ; Zdziarski, A. ; Zech, Alraune ; Zechlin, Hannes ; Zhdanov, V. ; Ziegler, A. ; Zorn, J.
We perform simulations for future Cherenkov Telescope Array (CTA) observations of RX J1713.7-3946, a young supernova remnant (SNR) and one of the brightest sources ever discovered in very high energy (VHE) gamma rays. Special attention is paid to exploring possible spatial (anti) correlations of gamma rays with emission at other wavelengths, in particular X-rays and CO/H I emission. We present a series of simulated images of RX J1713.7-3946 for CTA based on a set of observationally motivated models for the gamma-ray emission. In these models, VHE gamma rays produced by high-energy electrons are assumed to trace the nonthermal X-ray emission observed by XMM-Newton, whereas those originating from relativistic protons delineate the local gas distributions. The local atomic and molecular gas distributions are deduced by the NANTEN team from CO and H I observations. Our primary goal is to show how one can distinguish the emission mechanism(s) of the gamma rays (i.e., hadronic versus leptonic, or a mixture of the two) through information provided by their spatial distribution, spectra, and time variation. This work is the first attempt to quantitatively evaluate the capabilities of CTA to achieve various proposed scientific goals by observing this important cosmic particle accelerator.
Abdalla, Hassan E. ; Abramowski, A. ; Aharonian, Felix A. ; Benkhali, F. Ait ; Akhperjanian, A. G. ; Andersson, T. ; Anguener, E. O. ; Arakawa, M. ; 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, Pol ; Bregeon, J. ; Brun, F. ; Brun, P. ; Bryan, M. ; Buechele, M. ; Bulik, T. ; Capasso, M. ; Carr, J. ; Casanova, Sabrina ; Cerruti, M. ; Chakraborty, N. ; Chalme-Calvet, R. ; Chaves, R. C. G. ; Chen, A. ; Chevalier, J. ; Chretien, M. ; Coffaro, M. ; Colafrancesco, S. ; Cologna, G. ; Condon, B. ; Conrad, J. ; Cui, Y. ; Davids, I. D. ; Decock, J. ; Degrange, B. ; Deil, C. ; Devin, J. ; deWilt, P. ; Dirson, L. ; Djannati-Atai, A. ; Domainko, W. ; Donath, A. ; Dutson, K. ; Dyks, J. ; Edwards, T. ; Egberts, Kathrin ; Eger, P. ; Ernenwein, J. -P. ; Eschbach, S. ; Farnier, C. ; Fegan, S. ; Fernandes, M. V. ; Fiasson, A. ; Fontaine, G. ; Foerster, A. ; Funk, S. ; Fuessling, M. ; Gabici, S. ; Gajdus, M. ; Gallant, Y. A. ; Garrigoux, T. ; Giavitto, G. ; Giebels, B. ; Glicenstein, J. F. ; Gottschall, D. ; Goyal, A. ; Grondin, M. -H. ; Hahn, J. ; Haupt, M. ; Hawkes, J. ; Heinzelmann, G. ; Henri, G. ; Hermann, G. ; Hervet, O. ; Hinton, J. A. ; Hofmann, W. ; Hoischen, Clemens ; Holler, M. ; Horns, D. ; Ivascenko, A. ; Iwasaki, H. ; Jacholkowska, A. ; Jamrozy, M. ; Janiak, M. ; Jankowsky, D. ; Jankowsky, F. ; Jingo, M. ; Jogler, T. ; Jouvin, L. ; Jung-Richardt, I. ; Kastendieck, M. A. ; Katarzynski, K. ; Katsuragawa, M. ; Katz, U. ; Kerszberg, D. ; Khangulyan, D. ; Khelifi, B. ; Kieffer, M. ; King, J. ; Klepser, S. ; Klochkov, D. ; Kluzniak, W. ; Kolitzus, D. ; Komin, Nu. ; Kosack, K. ; Krakau, S. ; Kraus, M. ; Kruger, P. P. ; Laffon, H. ; Lamanna, G. ; Lau, J. ; Lees, J. -P. ; Lefaucheur, J. ; Lefranc, V. ; Lemiere, A. ; Lemoine-Goumard, M. ; Lenain, J. -P. ; Leser, Eva ; Lohse, T. ; Lorentz, M. ; Liu, R. ; Lopez-Coto, R. ; Lypova, I. ; Marandon, V. ; Marcowith, Alexandre ; Mariaud, C. ; Marx, R. ; Maurin, G. ; Maxted, N. ; Mayer, M. ; Meintjes, P. J. ; Meyer, M. ; Mitchell, A. M. W. ; Moderski, R. ; Mohamed, M. ; Mohrmann, L. ; Mora, K. ; Moulin, Emmanuel ; Murach, T. ; Nakashima, S. ; de Naurois, M. ; Niederwanger, F. ; Niemiec, J. ; Oakes, L. ; Odaka, H. ; Oettl, S. ; Ohm, S. ; Ostrowski, M. ; Oya, I. ; Padovani, M. ; Panter, M. ; Parsons, R. D. ; Pekeur, N. W. ; Pelletier, G. ; Perennes, C. ; Petrucci, P. -O. ; Peyaud, B. ; Piel, Q. ; Pita, S. ; Poon, H. ; Prokhorov, D. ; Prokoph, H. ; Puehlhofer, G. ; Punch, M. ; Quirrenbach, A. ; Raab, S. ; Reimer, A. ; Reimer, O. ; Renaud, M. ; de los Reyes, R. ; Richter, S. ; Rieger, F. ; Romoli, C. ; Rowell, G. ; Rudak, B. ; Rulten, C. B. ; Sahakian, V. ; Saito, S. ; Salek, D. ; Sanchez, D. A. ; Santangelo, A. ; Sasaki, M. ; Schlickeiser, R. ; Schussler, F. ; Schulz, A. ; Schwanke, U. ; Schwemmer, S. ; Seglar-Arroyo, M. ; Settimo, M. ; Seyffert, A. S. ; Shafi, N. ; Shilon, I. ; Simoni, R. ; Sol, H. ; Spanier, F. ; Spengler, G. ; Spies, F. ; Stawarz, L. ; Steenkamp, R. ; Stegmann, Christian Michael ; Stycz, K. ; Sushch, I. ; Takahashi, T. ; Tavernet, J. -P. ; Tavernier, T. ; Taylor, A. M. ; Terrier, R. ; Tibaldo, L. ; Tiziani, D. ; Tluczykont, M. ; Trichard, C. ; Tsuji, N. ; Tuffs, R. ; Uchiyama, Y. ; van der Walt, D. J. ; van Eldik, C. ; van Rensburg, C. ; van Soelen, B. ; Vasileiadis, G. ; Veh, J. ; Venter, C. ; Viana, A. ; Vincent, P. ; Vink, J. ; Voisin, F. ; Voelk, H. J. ; Vuillaume, T. ; Wadiasingh, Z. ; Wagner, S. J. ; Wagner, P. ; Wagner, R. M. ; White, R. ; Wierzcholska, A. ; Willmann, P. ; Woernlein, A. ; Wouters, D. ; Yang, R. ; Zabalza, V. ; Zaborov, D. ; Zacharias, M. ; Zanin, R. ; Zdziarski, A. A. ; Zech, Alraune ; Zefi, F. ; Ziegler, A. ; Zywucka, N.
Context. Runaway stars form bow shocks by ploughing through the interstellar medium at supersonic speeds and are promising sources of non-thermal emission of photons. One of these objects has been found to emit non-thermal radiation in the radio band. This triggered the development of theoretical models predicting non-thermal photons from radio up to very-high-energy (VHE, E >= 0.1 TeV) gamma rays. Subsequently, one bow shock was also detected in X-ray observations. However, the data did not allow discrimination between a hot thermal and a non-thermal origin. Further observations of different candidates at X-ray energies showed no evidence for emission at the position of the bow shocks either. A systematic search in the Fermi-LAT energy regime resulted in flux upper limits for 27 candidates listed in the E-BOSS catalogue. Aims. Here we perform the first systematic search for VHE gamma-ray emission from bow shocks of runaway stars. Methods. Using all available archival H.E.S.S. data we search for very-high-energy gamma-ray emission at the positions of bow shock candidates listed in the second E-BOSS catalogue release. Out of the 73 bow shock candidates in this catalogue, 32 have been observed with H.E.S.S. Results. None of the observed 32 bow shock candidates in this population study show significant emission in the H.E.S.S. energy range. Therefore, flux upper limits are calculated in five energy bins and the fraction of the kinetic wind power that is converted into VHE gamma rays is constrained. Conclusions. Emission from stellar bow shocks is not detected in the energy range between 0.14 and 18 TeV. The resulting upper limits constrain the level of VHE gamma-ray emission from these objects down to 0.1-1% of the kinetic wind energy.
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