Search for Gamma-Ray Emission from Local Primordial Black Holes with the Fermi Large Area Telescope - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Astrophys.J. Année : 2018

Search for Gamma-Ray Emission from Local Primordial Black Holes with the Fermi Large Area Telescope

M. Ackermann , W.B. Atwood , L. Baldini , J. Ballet (1) , G. Barbiellini , D. Bastieri , R. Bellazzini , B. Berenji , E. Bissaldi , R.D. Blandford , E.D. Bloom , R. Bonino , E. Bottacini , J. Bregeon (2) , P. Bruel (3) , R. Buehler , R.A. Cameron , R. Caputo , P.A. Caraveo , E. Cavazzuti , E. Charles , A. Chekhtman , C.C. Cheung , G. Chiaro , S. Ciprini , Johann Cohen-Tanugi (2) , J. Conrad , D. Costantin , F. d'Ammando , F. de Palma , S.W. Digel , N. Di Lalla , M. Di Mauro , L. Di Venere , C. Favuzzi , S.J. Fegan (3) , W.B. Focke , A. Franckowiak , Y. Fukazawa , S. Funk , P. Fusco , F. Gargano , D. Gasparrini , N. Giglietto , F. Giordano , M. Giroletti , D. Green , I.A. Grenier (1) , L. Guillemot (4, 5) , S. Guiriec , D. Horan (3) , G. Johannesson , C. Johnson , S. Kensei , D. Kocevski , M. Kuss , S. Larsson , L. Latronico , J. Li , F. Longo , F. Loparco , M.N. Lovellette , P. Lubrano , J.D. Magill , S. Maldera , D. Malyshev , A. Manfreda , M.N. Mazziotta , J.E. Mcenery , M. Meyer , P.F. Michelson , W. Mitthumsiri , T. Mizuno , M.E. Monzani , E. Moretti , A. Morselli , I.V. Moskalenko , M. Negro , E. Nuss (2) , R. Ojha , N. Omodei , M. Orienti , E. Orlando , J.F. Ormes , M. Palatiello , V.S. Paliya , D. Paneque , M. Persic , M. Pesce-Rollins , F. Piron (2) , G. Principe , S. Raino , R. Rando , M. Razzano , S. Razzaque , A. Reimer , O. Reimer , S. Ritz , M. Sanchez-Conde , C. Sgro , E.J. Siskind , F. Spada , G. Spandre , P. Spinelli , D.J. Suson , H. Tajima , J.G. Thayer , J.B. Thayer , D.F. Torres , G. Tosti , E. Troja , J. Valverde (3) , G. Vianello , K. Wood , M. Wood , G. Zaharijas
M. Ackermann
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W.B. Atwood
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L. Baldini
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G. Barbiellini
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D. Bastieri
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R. Bellazzini
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B. Berenji
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E. Bissaldi
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R.D. Blandford
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E.D. Bloom
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R. Bonino
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E. Bottacini
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P. Bruel
R. Buehler
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R.A. Cameron
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R. Caputo
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P.A. Caraveo
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E. Cavazzuti
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E. Charles
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A. Chekhtman
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G. Chiaro
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S. Ciprini
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J. Conrad
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D. Costantin
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F. d'Ammando
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F. de Palma
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S.W. Digel
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L. Di Venere
C. Favuzzi
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W.B. Focke
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A. Franckowiak
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Y. Fukazawa
S. Funk
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P. Fusco
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F. Gargano
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D. Gasparrini
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D. Green
S. Guiriec
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G. Johannesson
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C. Johnson
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K. Wood
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M. Wood
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G. Zaharijas
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Résumé

Black holes with masses below approximately 1015 g are expected to emit gamma-rays with energies above a few tens of MeV, which can be detected by the Fermi Large Area Telescope (LAT). Although black holes with these masses cannot be formed as a result of stellar evolution, they may have formed in the early universe and are therefore called primordial black holes (PBHs). Previous searches for PBHs have focused on either short-timescale bursts or the contribution of PBHs to the isotropic gamma-ray emission. We show that, in cases of individual PBHs, the Fermi-LAT is most sensitive to PBHs with temperatures above approximately 16 GeV and masses 6 × 1011 g, which it can detect out to a distance of about 0.03 pc. These PBHs have a remaining lifetime of months to years at the start of the Fermi mission. They would appear as potentially moving point sources with gamma-ray emission that become spectrally harder and brighter with time until the PBH completely evaporates. In this paper, we develop a new algorithm to detect the proper motion of gamma-ray point sources, and apply it to 318 unassociated point sources at a high galactic latitude in the third Fermi-LAT source catalog. None of the unassociated point sources with spectra consistent with PBH evaporation show significant proper motion. Using the nondetection of PBH candidates, we derive a 99% confidence limit on the PBH evaporation rate in the vicinity of Earth, . This limit is similar to the limits obtained with ground-based gamma-ray observatories.
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M. Ackermann, W.B. Atwood, L. Baldini, J. Ballet, G. Barbiellini, et al.. Search for Gamma-Ray Emission from Local Primordial Black Holes with the Fermi Large Area Telescope. Astrophys.J., 2018, 857 (1), pp.49. ⟨10.3847/1538-4357/aaac7b⟩. ⟨hal-01714165⟩
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