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Ackermann M, Ajello M, Baldini L, Ballet J, Barbiellini G, Bastieri D, Bellazzini R, Bissaldi E, Blandford RD, Bonino R, Bottacini E, Bregeon J, Bruel P, Buehler R, Burns E, Buson S, Cameron RA, Caputo R, Caraveo PA, Cavazzuti E, Chen S, Chiaro G, Ciprini S, Costantin D, Cuoco A, Cutini S, D'Ammando F, de la Torre Luque P, de Palma F, Desai A, Digel SW, Di Lalla N, Di Mauro M, Di Venere L, Fana Dirirsa F, Favuzzi C, Franckowiak A, Fukazawa Y, Funk S, Fusco P, Gargano F, Gasparrini D, Giglietto N, Giordano F, Giroletti M, Green D, Grenier IA, Guillemot L, Guiriec S, Horan D, Jóhannesson G, Kuss M, Larsson S, Latronico L, Li J, Liodakis I, Longo F, Loparco F, Lubrano P, Magill JD, Maldera S, Malyshev D, Manfreda A, Mazziotta MN, Mereu I, Michelson PF, Mitthumsiri W, Mizuno T, Monzani ME, Morselli A, Moskalenko IV, Negro M, Nuss E, Orienti M, Orlando E, Palatiello M, Paliya VS, Paneque D, Persic M, Pesce-Rollins M, Petrosian V, Piron F, Porter TA, Principe G, Rainò S, Rando R, Razzano M, Razzaque S, Reimer A, Reimer O, Serini D, Sgrò C, Siskind EJ, Spandre G, Spinelli P, Suson DJ, Tajima H, Takahashi M, Thayer JB, Tibaldo L, Torres DF, Troja E, Venters TM, Vianello G, Wood K, Yassine M, Zaharijas G, Ammazzalorso S, Fornengo N, Regis M. Unresolved Gamma-Ray Sky through its Angular Power Spectrum. Phys Rev Lett 2018; 121:241101. [PMID: 30608723 DOI: 10.1103/physrevlett.121.241101] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 0.2] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/06/2018] [Revised: 10/11/2018] [Indexed: 06/09/2023]
Abstract
The gamma-ray sky has been observed with unprecedented accuracy in the last decade by the Fermi -large area telescope (LAT), allowing us to resolve and understand the high-energy Universe. The nature of the remaining unresolved emission [unresolved gamma-ray background (UGRB)] below the LAT source detection threshold can be uncovered by characterizing the amplitude and angular scale of the UGRB fluctuation field. This Letter presents a measurement of the UGRB autocorrelation angular power spectrum based on eight years of Fermi-LAT Pass 8 data products. The analysis is designed to be robust against contamination from resolved sources and noise systematics. The sensitivity to subthreshold sources is greatly enhanced with respect to previous measurements. We find evidence (with ∼3.7σ significance) that the scenario in which two classes of sources contribute to the UGRB signal is favored over a single class. A double power law with exponential cutoff can explain the anisotropy energy spectrum well, with photon indices of the two populations being 2.55±0.23 and 1.86±0.15.
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Affiliation(s)
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- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, I-10125 Torino, Italy
- Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, I-10125 Torino, Italy
| | - N Fornengo
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, I-10125 Torino, Italy
- Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, I-10125 Torino, Italy
| | - M Regis
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, I-10125 Torino, Italy
- Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, I-10125 Torino, Italy
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Abdollahi S, Ackermann M, Ajello M, Albert A, Atwood WB, Baldini L, Barbiellini G, Bellazzini R, Bissaldi E, Bloom ED, Bonino R, Bottacini E, Brandt TJ, Bruel P, Buson S, Caragiulo M, Cavazzuti E, Chekhtman A, Ciprini S, Costanza F, Cuoco A, Cutini S, D'Ammando F, de Palma F, Desiante R, Digel SW, Di Lalla N, Di Mauro M, Di Venere L, Donaggio B, Drell PS, Favuzzi C, Focke WB, Fukazawa Y, Funk S, Fusco P, Gargano F, Gasparrini D, Giglietto N, Giordano F, Giroletti M, Green D, Guiriec S, Harding AK, Jogler T, Jóhannesson G, Kamae T, Kuss M, Larsson S, Latronico L, Li J, Longo F, Loparco F, Lubrano P, Magill JD, Malyshev D, Manfreda A, Mazziotta MN, Meehan M, Michelson PF, Mitthumsiri W, Mizuno T, Moiseev AA, Monzani ME, Morselli A, Negro M, Nuss E, Ohsugi T, Omodei N, Paneque D, Perkins JS, Pesce-Rollins M, Piron F, Pivato G, Principe G, Rainò S, Rando R, Razzano M, Reimer A, Reimer O, Sgrò C, Simone D, Siskind EJ, Spada F, Spandre G, Spinelli P, Strong AW, Tajima H, Thayer JB, Torres DF, Troja E, Vandenbroucke J, Zaharijas G, Zimmer S. Search for Cosmic-Ray Electron and Positron Anisotropies with Seven Years of Fermi Large Area Telescope Data. Phys Rev Lett 2017; 118:091103. [PMID: 28306280 DOI: 10.1103/physrevlett.118.091103] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 0.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/25/2016] [Indexed: 06/06/2023]
Abstract
The Large Area Telescope on board the Fermi Gamma-ray Space Telescope has collected the largest ever sample of high-energy cosmic-ray electron and positron events since the beginning of its operation. Potential anisotropies in the arrival directions of cosmic-ray electrons or positrons could be a signature of the presence of nearby sources. We use almost seven years of data with energies above 42 GeV processed with the Pass 8 reconstruction. The present data sample can probe dipole anisotropies down to a level of 10^{-3}. We take into account systematic effects that could mimic true anisotropies at this level. We present a detailed study of the event selection optimization of the cosmic-ray electrons and positrons to be used for anisotropy searches. Since no significant anisotropies have been detected on any angular scale, we present upper limits on the dipole anisotropy. The present constraints are among the strongest to date probing the presence of nearby young and middle-aged sources.
Collapse
Affiliation(s)
- S Abdollahi
- Department of Physical Sciences, Hiroshima University, Higashi-Hiroshima, Hiroshima 739-8526, Japan
| | - M Ackermann
- Deutsches Elektronen Synchrotron DESY, D-15738 Zeuthen, Germany
| | - M Ajello
- Department of Physics and Astronomy, Clemson University, Kinard Lab of Physics, Clemson, South Carolina 29634-0978, USA
| | - A Albert
- Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico 87545, USA
| | - W B Atwood
- Santa Cruz Institute for Particle Physics, Department of Physics and Department of Astronomy and Astrophysics, University of California at Santa Cruz, Santa Cruz, California 95064, USA
| | - L Baldini
- Dipartimento di Fisica "Enrico Fermi" dell'Università di Pisa, I-56126 Pisa, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, I-56127 Pisa, Italy
| | - G Barbiellini
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste, I-34127 Trieste, Italy
- Dipartimento di Fisica, Università di Trieste, I-34127 Trieste, Italy
| | - R Bellazzini
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, I-56127 Pisa, Italy
| | - E Bissaldi
- Dipartimento di Fisica "M. Merlin" dell'Università e del Politecnico di Bari, I-70126 Bari, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - E D Bloom
- W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Physics and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
| | - R Bonino
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, I-10125 Torino, Italy
- Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, I-10125 Torino, Italy
| | - E Bottacini
- W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Physics and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
| | - T J Brandt
- NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland 20771, USA
| | - P Bruel
- Laboratoire Leprince-Ringuet, École polytechnique, CNRS/IN2P3, F-91128 Palaiseau, France
| | - S Buson
- NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland 20771, USA
| | - M Caragiulo
- Dipartimento di Fisica "M. Merlin" dell'Università e del Politecnico di Bari, I-70126 Bari, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - E Cavazzuti
- Agenzia Spaziale Italiana (ASI) Science Data Center, I-00133 Roma, Italy
| | - A Chekhtman
- College of Science, George Mason University, Fairfax, Virginia 22030, USA resident at Naval Research Laboratory, Washington, DC 20375, USA
| | - S Ciprini
- Agenzia Spaziale Italiana (ASI) Science Data Center, I-00133 Roma, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia, I-06123 Perugia, Italy
| | - F Costanza
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - A Cuoco
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, I-10125 Torino, Italy
- Institute for Theoretical Particle Physics and Cosmology, (TTK), RWTH Aachen University, D-52056 Aachen, Germany
| | - S Cutini
- Agenzia Spaziale Italiana (ASI) Science Data Center, I-00133 Roma, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia, I-06123 Perugia, Italy
| | - F D'Ammando
- INAF Istituto di Radioastronomia, I-40129 Bologna, Italy
- Dipartimento di Astronomia, Università di Bologna, I-40127 Bologna, Italy
| | - F de Palma
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
- Università Telematica Pegaso, Piazza Trieste e Trento, 48, I-80132 Napoli, Italy
| | - R Desiante
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, I-10125 Torino, Italy
- Università di Udine, I-33100 Udine, Italy
| | - S W Digel
- W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Physics and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
| | - N Di Lalla
- Dipartimento di Fisica "Enrico Fermi" dell'Università di Pisa, I-56126 Pisa, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, I-56127 Pisa, Italy
| | - M Di Mauro
- W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Physics and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
| | - L Di Venere
- Dipartimento di Fisica "M. Merlin" dell'Università e del Politecnico di Bari, I-70126 Bari, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - B Donaggio
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova, I-35131 Padova, Italy
| | - P S Drell
- W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Physics and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
| | - C Favuzzi
- Dipartimento di Fisica "M. Merlin" dell'Università e del Politecnico di Bari, I-70126 Bari, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - W B Focke
- W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Physics and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
| | - Y Fukazawa
- Department of Physical Sciences, Hiroshima University, Higashi-Hiroshima, Hiroshima 739-8526, Japan
| | - S Funk
- Erlangen Centre for Astroparticle Physics, D-91058 Erlangen, Germany
| | - P Fusco
- Dipartimento di Fisica "M. Merlin" dell'Università e del Politecnico di Bari, I-70126 Bari, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - F Gargano
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - D Gasparrini
- Agenzia Spaziale Italiana (ASI) Science Data Center, I-00133 Roma, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia, I-06123 Perugia, Italy
| | - N Giglietto
- Dipartimento di Fisica "M. Merlin" dell'Università e del Politecnico di Bari, I-70126 Bari, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - F Giordano
- Dipartimento di Fisica "M. Merlin" dell'Università e del Politecnico di Bari, I-70126 Bari, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - M Giroletti
- INAF Istituto di Radioastronomia, I-40129 Bologna, Italy
| | - D Green
- NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland 20771, USA
- Department of Physics and Department of Astronomy, University of Maryland, College Park, Maryland 20742, USA
| | - S Guiriec
- NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland 20771, USA
| | - A K Harding
- NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland 20771, USA
| | - T Jogler
- Friedrich-Alexander-Universität, Erlangen-Nürnberg, Schlossplatz 4, 91054 Erlangen, Germany
| | - G Jóhannesson
- Science Institute, University of Iceland, IS-107 Reykjavik, Iceland
| | - T Kamae
- Department of Physics, Graduate School of Science, University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan
| | - M Kuss
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, I-56127 Pisa, Italy
| | - S Larsson
- Department of Physics, KTH Royal Institute of Technology, AlbaNova, SE-106 91 Stockholm, Sweden
- The Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, AlbaNova, SE-106 91 Stockholm, Sweden
| | - L Latronico
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, I-10125 Torino, Italy
| | - J Li
- Institute of Space Sciences (IEEC-CSIC), Campus UAB, E-08193 Barcelona, Spain
| | - F Longo
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste, I-34127 Trieste, Italy
- Dipartimento di Fisica, Università di Trieste, I-34127 Trieste, Italy
| | - F Loparco
- Dipartimento di Fisica "M. Merlin" dell'Università e del Politecnico di Bari, I-70126 Bari, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - P Lubrano
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia, I-06123 Perugia, Italy
| | - J D Magill
- Department of Physics and Department of Astronomy, University of Maryland, College Park, Maryland 20742, USA
| | - D Malyshev
- Erlangen Centre for Astroparticle Physics, D-91058 Erlangen, Germany
| | - A Manfreda
- Dipartimento di Fisica "Enrico Fermi" dell'Università di Pisa, I-56126 Pisa, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, I-56127 Pisa, Italy
| | - M N Mazziotta
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - M Meehan
- Department of Physics, University of Wisconsin-Madison, Madison, Wisconsin 53706, USA
| | - P F Michelson
- W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Physics and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
| | - W Mitthumsiri
- Department of Physics, Faculty of Science, Mahidol University, Bangkok 10400, Thailand
| | - T Mizuno
- Hiroshima Astrophysical Science Center, Hiroshima University, Higashi-Hiroshima, Hiroshima 739-8526, Japan
| | - A A Moiseev
- Department of Physics and Department of Astronomy, University of Maryland, College Park, Maryland 20742, USA
- Center for Research and Exploration in Space Science and Technology (CRESST) and NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland 20771, USA
| | - M E Monzani
- W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Physics and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
| | - A Morselli
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma "Tor Vergata", I-00133 Roma, Italy
| | - M Negro
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, I-10125 Torino, Italy
- Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Torino, I-10125 Torino, Italy
| | - E Nuss
- Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, Université Montpellier, CNRS/IN2P3, F-34095 Montpellier, France
| | - T Ohsugi
- Hiroshima Astrophysical Science Center, Hiroshima University, Higashi-Hiroshima, Hiroshima 739-8526, Japan
| | - N Omodei
- W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Physics and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
| | - D Paneque
- Max-Planck-Institut für Physik, D-80805 München, Germany
| | - J S Perkins
- NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland 20771, USA
| | - M Pesce-Rollins
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, I-56127 Pisa, Italy
| | - F Piron
- Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, Université Montpellier, CNRS/IN2P3, F-34095 Montpellier, France
| | - G Pivato
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, I-56127 Pisa, Italy
| | - G Principe
- Erlangen Centre for Astroparticle Physics, D-91058 Erlangen, Germany
| | - S Rainò
- Dipartimento di Fisica "M. Merlin" dell'Università e del Politecnico di Bari, I-70126 Bari, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - R Rando
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova, I-35131 Padova, Italy
- Dipartimento di Fisica e Astronomia "G. Galilei", Università di Padova, I-35131 Padova, Italy
| | - M Razzano
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, I-56127 Pisa, Italy
| | - A Reimer
- W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Physics and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
- Institut für Astro- und Teilchenphysik and Institut für Theoretische Physik, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck, A-6020 Innsbruck, Austria
| | - O Reimer
- W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Physics and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
- Institut für Astro- und Teilchenphysik and Institut für Theoretische Physik, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck, A-6020 Innsbruck, Austria
| | - C Sgrò
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, I-56127 Pisa, Italy
| | - D Simone
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - E J Siskind
- NYCB Real-Time Computing Inc., Lattingtown, New York 11560-1025, USA
| | - F Spada
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, I-56127 Pisa, Italy
| | - G Spandre
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, I-56127 Pisa, Italy
| | - P Spinelli
- Dipartimento di Fisica "M. Merlin" dell'Università e del Politecnico di Bari, I-70126 Bari, Italy
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, I-70126 Bari, Italy
| | - A W Strong
- Max-Planck Institut für extraterrestrische Physik, D-85748 Garching, Germany
| | - H Tajima
- W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Physics and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
- Solar-Terrestrial Environment Laboratory, Nagoya University, Nagoya 464-8601, Japan
| | - J B Thayer
- W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Department of Physics and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Stanford, California 94305, USA
| | - D F Torres
- Institute of Space Sciences (IEEC-CSIC), Campus UAB, E-08193 Barcelona, Spain
- Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA), E-08010 Barcelona, Spain
| | - E Troja
- NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland 20771, USA
- Department of Physics and Department of Astronomy, University of Maryland, College Park, Maryland 20742, USA
| | - J Vandenbroucke
- Department of Physics, University of Wisconsin-Madison, Madison, Wisconsin 53706, USA
| | - G Zaharijas
- Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste, and Università di Trieste, I-34127 Trieste, Italy
- Laboratory for Astroparticle Physics, University of Nova Gorica, Vipavska 13, SI-5000 Nova Gorica, Slovenia
| | - S Zimmer
- Département de Physique Nucléaire et Corpuscolaire (DPNC), University of Geneva, CH-1211 Genéve 4, Switzerland
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