Acceleration of petaelectronvolt protons in the Galactic Centre

Abramowski, A.; Lau, J.; Arribas, M. Paz; Stawarz, Ł.; Hinton, J. A.; Boisson, C.; Vincent, P.; Stinzing, F.; Horns, D.; Wagner, P.; Rowell, G.; Moulin, E.; Häffner, S.; Willmann, P.; Trichard, C.; Khélifi, B.; Gottschall, D.; Feinstein, F.; Hawkes, J.; Reimer, A.; Benkhali, F. Ait; Degrange, B.; Santangelo, A.; Chakraborty, N.; Seyffert, A. S.; Żywucka, N.; Yang, R.; Dutson, K.; Simoni, R.; Bernhard, S.; Marx, R.; Venter, C.; Bolmont, J.; Schwemmer, S.; Berge, D.; Cologna, G.; Domainko, W.; Conrad, J.; Edwards, T.; Lohse, T.; Blackwell, R.; Schwanke, U.; Marcowith, A.; Sol, H.; Farnier, C.; Lemiére, A.; Meintjes, P. J.; Birsin, E.; Tavernier, T.; Marandon, V.; Giebels, B.; Sanchez, D. A.; Bulik, T.; Böttcher, M.; Zefi, F.; Espigat, P.; Davids, I. D.; Bryan, M.; Drury, L. O'C.; Backes, M.; Spies, F.; Aharonian, F.; Heinzelmann, G.; Tluczykont, M.; Giavitto, G.; Cui, Y.; Peyaud, B.; Hofmann, W.; Vasileiadis, G.; Deil, C.; Garrigoux, T.; Wörnlein, A.; Tavernet, J. -P.; Viana, A.; Janiak, M.; Lemoine-Goumard, M.; Chrétien, M.; Öttl, S.; Morå, K.; Prokoph, H.; Angüner, E. O.; Becker Tjus, J.; Oya, I.; Gajdus, M.; Wagner, S. J.; Henri, G.; Egberts, K.; Bernlöhr, K.; Förster, A.; Bregeon, J.; Vuillaume, T.; Poon, H.; White, R.; Hahn, J.; Oakes, L.; Wouters, D.; Fuessling, Matthias; Rudak, B.; Romoli, C.; Valerius, K.; Katarzyński, K.; Katz, U.; Lamanna, G.; Meyer, M.; Mayer, M.; Grudzińska, M.; Gallant, Y. A.; Eger, P.; Krayzel, F.; Quirrenbach, A.; Lu, C. -C.; los Reyes, R. de; Fontaine, G.; Balzer, A.; van der Walt, J.; Jacholkowska, A.; Rosier-Lees, S.; Lefaucheur, J.; Opitz, B.; Petrucci, P. -O.; Reichardt, I.; Veh, J.; Völk, H. J.; Pita, S.; Stegmann, C.; Pekeur, N. W.; Salek, D.; Voisin, F.; Stycz, K.; Jung-Richardt, I.; Steenkamp, R.; Kluźniak, W.; Bordas, P.; Odaka, H.; Zaborov, D.; Taylor, A. M.; Rieger, F.; Kastendieck, M. A.; de Naurois, M.; Menzler, U.; van Soelen, B.; Weidinger, M.; Krakau, S.; Krüger, P. P.; Hervet, O.; Moderski, R.; Lopatin, A.; Akhperjanian, A. G.; Vink, J.; Spengler, G.; Chen, A.; Mariaud, C.; Mitchell, A. M. W.; Casanova, S.; Mohamed, M.; Couturier, C.; Murach, T.; Lui, R.; Fernandez, D.; Fegan, S.; Hofverberg, P.; Holler, M.; Klepser, S.; Maxted, N.; Punch, M.; Niemiec, J.; Dyks, J.; Ostrowski, M.; Parsons, R. D.; Brun, P.; Hermann, G.; Sasaki, M.; Terrier, R.; Brun, F.; Lenain, J. -P.; Fiasson, A.; Rulten, C. B.; Hillert, A.; Komin, Nu.; Wagner, R. M.; Djannati-Ataï, A.; Zech, A.; Jamrozy, M.; van Eldik, C.; Maurin, G.; Tuffs, R.; Goyal, A.; Pühlhofer, G.; Jankowsky, F.; Colafrancesco, S.; Schlickeiser, R.; Kerszberg, D.; Fernandes, M. V.; Weitzel, Q.; Dubus, G.; Schulz, Anneli; Donath, A.; Chalme-Calvet, R.; Kolitzus, D.; Lefranc, V.; Kieffer, M.; Spanier, F.; Kosack, K.; H.E.S.S. Collaboration; Sushch, I.; Zdziarski, A. A.; Laffon, H.; Klochkov, D.; Wierzcholska, A.; Becherini, Y.; Dyrda, M.; Gabici, S.; Glicenstein, J. F.; Pelletier, G.; Chaves, R. C. G.; Reimer, O.; Grondin, M. -H.; Carr, J.; Ernenwein, J. -P.; Schüssler, F.; Renaud, M.; Raab, S.; Hadasch, D.; Zacharias, M.; Ohm, S.; Zabalza, V.; Ivascenko, A.; Sahakian, V.; deWilt, P.; Hoischen, C.; Panter, M.

doi:10.1038/nature17147

Report/Journal Article

PUBDB-2017-00281

Acceleration of petaelectronvolt protons in the Galactic Centre

Abramowski, A. ; Aharonian, F. ; Benkhali, F. A. ; Akhperjanian, A. G. ; Angüner, E. O. ; Backes, M. ; Balzer, A. ; Becherini, Y. ; Becker Tjus, J. ; Berge, D. ; Bernhard, S. ; Bernlöhr, K. ; Birsin, E. ; Blackwell, R. ; Böttcher, M. ; Boisson, C. ; Bolmont, J. ; Bordas, P. ; Bregeon, J. ; Brun, F. ; Brun, P. ; Bryan, M. ; Bulik, T. ; Carr, J. ; Casanova, S. ; Chakraborty, N. ; Chalme-Calvet, R. ; Chaves, R. C. G. ; Chen, A. ; Chrétien, M. ; Colafrancesco, S. ; Cologna, G. ; Conrad, J. ; Couturier, C. ; Cui, Y. ; Davids, I. D. ; Degrange, B. ; Deil, C. ; deWilt, P. ; Djannati-Ataï, A. ; Domainko, W. ; Donath, A. ; Drury, L. O. ; Dubus, G. ; Dutson, K. ; Dyks, J. ; Dyrda, M. ; Edwards, T. ; Egberts, K. ; Eger, P. ; Ernenwein, J. -. ; Espigat, P. ; Farnier, C. ; Fegan, S. ; Feinstein, F. ; Fernandes, M. V. ; Fernandez, D. ; Fiasson, A. ; Fontaine, G. ; Förster, A. ; Fuessling, M.DESY* ; Gabici, S. ; Gajdus, M. ; Gallant, Y. A. ; Garrigoux, T. ; Giavitto, G.DESY* ; Giebels, B. ; Glicenstein, J. F. ; Gottschall, D. ; Goyal, A. ; Grondin, M. -. ; Grudzińska, M. ; Hadasch, D. ; Häffner, S. ; Hahn, J. ; Hawkes, J. ; Heinzelmann, G. ; Henri, G. ; Hermann, G. ; Hervet, O. ; Hillert, A. ; Hinton, J. A. ; Hofmann, W. ; Hofverberg, P. ; Hoischen, C. ; Holler, M. ; Horns, D. ; Ivascenko, A. ; Jacholkowska, A. ; Jamrozy, M. ; Janiak, M. ; Jankowsky, F. ; Jung-Richardt, I. ; Kastendieck, M. A. ; Katarzyński, K. ; Katz, U. ; Kerszberg, D. ; Khélifi, B. ; Kieffer, M. ; Klepser, S.DESY* ; Klochkov, D. ; Kluźniak, W. ; Kolitzus, D. ; Komin, N. ; Kosack, K. ; Krakau, S. ; Krayzel, F. ; Krüger, P. P. ; Laffon, H. ; Lamanna, G. ; Lau, J. ; Lefaucheur, J. ; Lefranc, V. ; Lemiére, A. ; Lemoine-Goumard, M. ; Lenain, J. -. ; Lohse, T. ; Lopatin, A. ; Lu, C. -. ; Lui, R. ; Marandon, V. ; Marcowith, A. ; Mariaud, C. ; Marx, R. ; Maurin, G. ; Maxted, N. ; Mayer, M. ; Meintjes, P. J. ; Menzler, U. ; Meyer, M. ; Mitchell, A. M. W. ; Moderski, R. ; Mohamed, M. ; Morå, K. ; Moulin, E. ; Murach, T. ; de Naurois, M. ; Niemiec, J. ; Oakes, L. ; Odaka, H. ; Öttl, S. ; Ohm, S.DESY* ; Opitz, B. ; Ostrowski, M. ; Oya, I.DESY* ; Panter, M. ; Parsons, R. D. ; Arribas, M. P. ; Pekeur, N. W. ; Pelletier, G. ; Petrucci, P. -. ; Peyaud, B. ; Pita, S. ; Poon, H. ; Prokoph, H. ; Pühlhofer, G. ; Punch, M. ; Quirrenbach, A. ; Raab, S. ; Reichardt, I. ; Reimer, A. ; Reimer, O. ; Renaud, M. ; los Reyes, R. d. ; Rieger, F. ; Romoli, C. ; Rosier-Lees, S. ; Rowell, G. ; Rudak, B. ; Rulten, C. B. ; Sahakian, V. ; Salek, D. ; Sanchez, D. A. ; Santangelo, A. ; Sasaki, M. ; Schlickeiser, R. ; Schüssler, F. ; Schulz, A.DESY* ; Schwanke, U. ; Schwemmer, S. ; Seyffert, A. S. ; Simoni, R. ; Sol, H. ; Spanier, F. ; Spengler, G. ; Spies, F. ; Stawarz, Ł. ; Steenkamp, R. ; Stegmann, C.DESY* ; Stinzing, F. ; Stycz, K.DESY* ; Sushch, I. ; Tavernet, J. -. ; Tavernier, T. ; Taylor, A. M. ; Terrier, R. ; Tluczykont, M. ; Trichard, C. ; Tuffs, R. ; Valerius, K. ; van der Walt, J. ; van Eldik, C. ; van Soelen, B. ; Vasileiadis, G. ; Veh, J. ; Venter, C. ; Viana, A. ; Vincent, P. ; Vink, J. ; Voisin, F. ; Völk, H. J. ; Vuillaume, T. ; Wagner, S. J. ; Wagner, P. ; Wagner, R. M. ; Weidinger, M. ; Weitzel, Q. ; White, R. ; Wierzcholska, A. ; Willmann, P. ; Wörnlein, A. ; Wouters, D. ; Yang, R. ; Zabalza, V. ; Zaborov, D. ; Zacharias, M. ; Zdziarski, A. A. ; Zech, A. ; Zefi, F. ; Żywucka, N. ; H.E.S.S. Collaboration (Collaboration author)

2016
Macmillan28177 London

Nature 531(7595), 476 - 479 (2016) [10.1038/nature17147]

This record in other databases:

Please use a persistent id in citations: doi:10.1038/nature17147 doi:10.3204/PUBDB-2017-00281

Report No.: arXiv:1603.07730

Abstract: Galactic cosmic rays reach energies of at least a few Peta-electronvolts (1 PeV =$10^\mathbf{15}$ electron volts). This implies our Galaxy contains PeV accelerators (PeVatrons), but all proposed models of Galactic cosmic-ray accelerators encounter non-trivial difficulties at exactly these energies. Tens of Galactic accelerators capable of accelerating particle to tens of TeV (1 TeV =$10^\mathbf{12}$ electron volts) energies were inferred from recent gamma-ray observations. None of the currently known accelerators, however, not even the handful of shell-type supernova remnants commonly believed to supply most Galactic cosmic rays, have shown the characteristic tracers of PeV particles: power-law spectra of gamma rays extending without a cutoff or a spectral break to tens of TeV. Here we report deep gamma-ray observations with arcminute angular resolution of the Galactic Centre regions, which show the expected tracer of the presence of PeV particles within the central 10~parsec of the Galaxy. We argue that the supermassive black hole Sagittarius A* is linked to this PeVatron. Sagittarius A* went through active phases in the past, as demonstrated by X-ray outbursts and an outflow from the Galactic Centre. Although its current rate of particle acceleration is not sufficient to provide a substantial contribution to Galactic cosmic rays, Sagittarius A* could have plausibly been more active over the last $\gtrsim 10^{6-7}$ years, and therefore should be considered as a viable alternative to supernova remnants as a source of PeV Galactic cosmic rays.

Keyword(s): cosmic radiation: galaxy ; galaxy: model ; particle: acceleration ; accelerator ; gamma ray: VHE ; supernova ; electron ; gamma ray: emission ; p p: interaction ; p: UHE ; angular resolution ; neutrino ; black hole ; spectral ; X-ray