Sensitivity of the Cherenkov Telescope Array for probing cosmology and fundamental physics with gamma-ray propagation

H. Abdalla; H. Abe; F. Acero; A. Acharyya; R. Adam; I. Agudo; A. Aguirre-Santaella; R. Alfaro; J. Alfaro; C. Alispach; R. Aloisio; R. Alves Batista; L. Amati; E. Amato; G. Ambrosi; E.O. Angüner; A. Araudo; T. Armstrong; F. Arqueros; L. Arrabito; K. Asano; Y. Ascasíbar; M. Ashley; M. Backes; C. Balazs; M. Balbo; B. Balmaverde; A. Baquero Larriva; V. Barbosa Martins; M. Barkov; L. Baroncelli; U. Barres de Almeida; J.A. Barrio; P. Batista; J. Becerra; Y. Becherini; G. Beck; J. Becker Tjus; R. Belmont; W. Benbow; E. Bernardini; A. Berti; M. Berton; B. Bertucci; V. Beshley; B. Bi; B. Biasuzzi; A. Biland; E. Bissaldi; J. Biteau; O. Blanch; F. Bocchino; C. Boisson; J. Bolmont; G. Bonanno; L. Bonneau Arbeletche; G. Bonnoli; P. Bordas; E. Bottacini; M. Böttcher; V. Bozhilov; J. Bregeon; A. Brill; A.M. Brown; P. Bruno; A. Bruno; A. Bulgarelli; M. Burton; M. Buscemi; A. Caccianiga; R. Cameron; M. Capasso; M. Caprai; A. Caproni; R. Capuzzo-Dolcetta; P. Caraveo; R. Carosi; A. Carosi; S. Casanova; E. Cascone; D. Cauz; K. Cerny; M. Cerruti; P. Chadwick; S. Chaty; A. Chen; M. Chernyakova; G. Chiaro; A. Chiavassa; L. Chytka; V. Conforti; F. Conte; J.L. Contreras; J. Coronado-Blazquez; J. Cortina; A. Costa; H. Costantini; S. Covino; P. Cristofari; O. Cuevas; F. d'Ammando; M.K. Daniel; J. Davies; F. Dazzi; A. de Angelis; M. de Bony de Lavergne; V. de Caprio; R. de Cássia dos Anjos; E.M. de Gouveia Dal Pino; B. de Lotto; D. de Martino; M. de Naurois; E. de Oña Wilhelmi; F. de Palma; V. de Souza; C. Delgado; R. Della Ceca; D. Della Volpe; D. Depaoli; T. Di Girolamo; F. Di Pierro; C. Díaz; C. Díaz-Bahamondes; S. Diebold; A. Djannati-Ataï; A. Dmytriiev; A. Domínguez; A. Donini; D. Dorner; M. Doro; J. Dournaux; V.V. Dwarkadas; J. Ebr; C. Eckner; S. Einecke; T.R.N. Ekoume; D. Elsässer; G. Emery; C. Evoli; M. Fairbairn; D. Falceta-Goncalves; S. Fegan; Q. Feng; G. Ferrand; E. Fiandrini; A. Fiasson; V. Fioretti; L. Foffano; M.V. Fonseca; L. Font; G. Fontaine; F.J. Franco; L. Freixas Coromina; S. Fukami; Y. Fukazawa; Y. Fukui; D. Gaggero; G. Galanti; V. Gammaldi; E. Garcia; M. Garczarczyk; D. Gascon; M. Gaug; A. Gent; A. Ghalumyan; G. Ghirlanda; F. Gianotti; M. Giarrusso; G. Giavitto; N. Giglietto; F. Giordano; J. Glicenstein; P. Goldoni; J.M. González; K. Gourgouliatos; T. Grabarczyk; P. Grandi; J. Granot; D. Grasso; J. Green; J. Grube; O. Gueta; S. Gunji; A. Halim; M. Harvey; T. Hassan Collado; K. Hayashi; M. Heller; S. Hernández Cadena; O. Hervet; J. Hinton; N. Hiroshima; B. Hnatyk; R. Hnatyk; D. Hoffmann; W. Hofmann; J. Holder; D. Horan; J. Hörandel; P. Horvath; T. Hovatta; M. Hrabovsky; D. Hrupec; G. Hughes; M. Hütten; M. Iarlori; T. Inada; S. Inoue; A. Insolia; M. Ionica; M. Iori; M. Jacquemont; M. Jamrozy; P. Janecek; I. Jiménez Martínez; W. Jin; I. Jung-Richardt; J. Jurysek; P. Kaaret; V. Karas; S. Karkar; N. Kawanaka; D. Kerszberg; B. Khélifi; R. Kissmann; Jürgen Knödlseder; Y. Kobayashi; K. Kohri; N. Komin; A. Kong; K. Kosack; H. Kubo; N. La Palombara; G. Lamanna; R.G. Lang; J. Lapington; P. Laporte; M. Lemoine-Goumard; J. Lenain; F. Leone; G. Leto; F. Leuschner; E. Lindfors; S. Lloyd; T. Lohse; S. Lombardi; F. Longo; A. Lopez; M. López; R. López-Coto; S. Loporchio; F. Lucarelli; P.L. Luque-Escamilla; E. Lyard; C. Maggio; A. Majczyna; M. Makariev; M. Mallamaci; D. Mandat; G. Maneva; M. Manganaro; G. Manicò; Alexandre Marcowith; M. Marculewicz; S. Markoff; P. Marquez; J. Martí; O. Martinez; M. Martínez; G. Martínez; H. Martínez-Huerta; G. Maurin; D. Mazin; J.D. Mbarubucyeye; D. Medina Miranda; M. Meyer; S. Micanovic; T. Miener; M. Minev; J.M. Miranda; A. Mitchell; T. Mizuno; B. Mode; R. Moderski; L. Mohrmann; E. Molina; T. Montaruli; A. Moralejo; J. Morales Merino; D. Morcuende-Parrilla; A. Morselli; R. Mukherjee; C. Mundell; T. Murach; H. Muraishi; A. Nagai; T. Nakamori; R. Nemmen; J. Niemiec; D. Nieto; M. Nievas; M. Nikołajuk; K. Nishijima; K. Noda; D. Nosek; S. Nozaki; P. O'Brien; Y. Ohira; M. Ohishi; T. Oka; R.A. Ong; M. Orienti; R. Orito; M. Orlandini; E. Orlando; J.P. Osborne; M. Ostrowski; I. Oya; A. Pagliaro; M. Palatka; D. Paneque; F.R. Pantaleo; J.M. Paredes; N. Parmiggiani; B. Patricelli; L. Pavletić; A. Pe'Er; M. Pech; M. Pecimotika; M. Peresano; M. Persic; O. Petruk; K. Pfrang; P. Piatteli; E. Pietropaolo; R. Pillera; B. Pilszyk; D. Pimentel; F. Pintore; S. Pita; M. Pohl; V. Poireau; M. Polo; R.R. Prado; J. Prast; G. Principe; N. Produit; H. Prokoph; M. Prouza; H. Przybilski; E. Pueschel; G. Pühlhofer; M.L. Pumo; M. Punch; F. Queiroz; A. Quirrenbach; R. Rando; S. Razzaque; E. Rebert; S. Recchia; P. Reichherzer; O. Reimer; A. Reimer; Y. Renier; T. Reposeur; W. Rhode; D. Ribeiro; M. Ribó; T. Richtler; J. Rico; F. Rieger; V. Rizi; J. Rodriguez; G. Rodriguez Fernandez; J.C. Rodriguez Ramirez; J.J. Rodríguez Vázquez; P. Romano; G. Romeo; M. Roncadelli; J. Rosado; A. Rosales de Leon; G. Rowell; B. Rudak; W. Rujopakarn; F. Russo; I. Sadeh; L. Saha; T. Saito; F. Salesa Greus; D. Sanchez; M. Sánchez-Conde; P. Sangiorgi; H. Sano; M. Santander; E.M. Santos; A. Sanuy; S. Sarkar; F.G. Saturni; U. Sawangwit; A. Scherer; B. Schleicher; P. Schovanek; F. Schussler; U. Schwanke; E. Sciacca; S. Scuderi; M. Seglar Arroyo; O. Sergijenko; M. Servillat; K. Seweryn; A. Shalchi; P. Sharma; R.C. Shellard; H. Siejkowski; A. Sinha; V. Sliusar; A. Slowikowska; A. Sokolenko; H. Sol; A. Specovius; S. Spencer; D. Spiga; A. Stamerra; S. Stanič; R. Starling; T. Stolarczyk; U. Straumann; J. Strišković; Y. Suda; P. Świerk; G. Tagliaferri; H. Takahashi; M. Takahashi; F. Tavecchio; L. Taylor; L.A. Tejedor; P. Temnikov; R. Terrier; T. Terzic; V. Testa; W. Tian; L. Tibaldo; D. Tonev; D.F. Torres; E. Torresi; L. Tosti; N. Tothill; G. Tovmassian; P. Travnicek; S. Truzzi; F. Tuossenel; G. Umana; M. Vacula; V. Vagelli; M. Valentino; B. Vallage; P. Vallania; C. van Eldik; G.S. Varner; V. Vassiliev; M. Vázquez Acosta; M. Vecchi; J. Veh; S. Vercellone; S. Vergani; V. Verguilov; G.P. Vettolani; A. Viana; C.F. Vigorito; V. Vitale; S. Vorobiov; I. Vovk; T. Vuillaume; S.J. Wagner; R. Walter; J. Watson; M. White; R. White; R. Wiemann; A. Wierzcholska; M. Will; D.A. Williams; R. Wischnewski; A. Wolter; R. Yamazaki; S. Yanagita; L. Yang; T. Yoshikoshi; M. Zacharias; G. Zaharijas; D. Zaric; M. Zavrtanik; D. Zavrtanik; A. Zech; H. Zechlin; V.I. Zhdanov; M. Živec

doi:10.1088/1475-7516/2021/02/048

Journal articles

Sensitivity of the Cherenkov Telescope Array for probing cosmology and fundamental physics with gamma-ray propagation

H. Abdalla H. Abe F. Acero ¹ A. Acharyya R. Adam ² I. Agudo A. Aguirre-Santaella R. Alfaro J. Alfaro C. Alispach R. Aloisio R. Alves Batista L. Amati E. Amato G. Ambrosi E.O. Angüner ³ A. Araudo T. Armstrong ³ F. Arqueros L. Arrabito ⁴ K. Asano Y. Ascasíbar M. Ashley M. Backes C. Balazs M. Balbo B. Balmaverde A. Baquero Larriva V. Barbosa Martins M. Barkov L. Baroncelli U. Barres de Almeida J.A. Barrio P. Batista J. Becerra Y. Becherini G. Beck J. Becker Tjus R. Belmont ¹ W. Benbow E. Bernardini A. Berti M. Berton B. Bertucci V. Beshley B. Bi B. Biasuzzi ⁵ A. Biland E. Bissaldi J. Biteau ⁵ O. Blanch F. Bocchino C. Boisson ⁶ J. Bolmont ⁷ G. Bonanno L. Bonneau Arbeletche G. Bonnoli P. Bordas E. Bottacini M. Böttcher V. Bozhilov J. Bregeon ⁴ A. Brill A.M. Brown P. Bruno A. Bruno A. Bulgarelli M. Burton M. Buscemi A. Caccianiga R. Cameron M. Capasso M. Caprai A. Caproni R. Capuzzo-Dolcetta P. Caraveo R. Carosi A. Carosi S. Casanova E. Cascone D. Cauz K. Cerny M. Cerruti P. Chadwick S. Chaty ¹ A. Chen M. Chernyakova G. Chiaro A. Chiavassa L. Chytka V. Conforti F. Conte J.L. Contreras J. Coronado-Blazquez J. Cortina A. Costa H. Costantini ³ S. Covino P. Cristofari O. Cuevas F. d'Ammando M.K. Daniel J. Davies F. Dazzi A. de Angelis M. de Bony de Lavergne ⁸ V. de Caprio R. de Cássia dos Anjos E.M. de Gouveia Dal Pino B. de Lotto D. de Martino M. de Naurois ² E. de Oña Wilhelmi F. de Palma V. de Souza C. Delgado R. Della Ceca D. Della Volpe D. Depaoli T. Di Girolamo F. Di Pierro C. Díaz C. Díaz-Bahamondes S. Diebold A. Djannati-Ataï ⁹ A. Dmytriiev ⁶ A. Domínguez A. Donini D. Dorner M. Doro J. Dournaux ⁶ V.V. Dwarkadas J. Ebr C. Eckner S. Einecke T.R.N. Ekoume D. Elsässer G. Emery C. Evoli M. Fairbairn D. Falceta-Goncalves S. Fegan ² Q. Feng G. Ferrand E. Fiandrini A. Fiasson ⁸ V. Fioretti L. Foffano M.V. Fonseca L. Font G. Fontaine ² F.J. Franco L. Freixas Coromina S. Fukami Y. Fukazawa Y. Fukui D. Gaggero G. Galanti V. Gammaldi E. Garcia ⁸ M. Garczarczyk D. Gascon M. Gaug A. Gent A. Ghalumyan G. Ghirlanda F. Gianotti M. Giarrusso G. Giavitto N. Giglietto F. Giordano J. Glicenstein ¹⁰ P. Goldoni ⁹ J.M. González K. Gourgouliatos T. Grabarczyk P. Grandi J. Granot D. Grasso J. Green J. Grube O. Gueta S. Gunji A. Halim ¹⁰ M. Harvey T. Hassan Collado K. Hayashi M. Heller S. Hernández Cadena O. Hervet J. Hinton N. Hiroshima B. Hnatyk R. Hnatyk D. Hoffmann ³ W. Hofmann J. Holder D. Horan ² J. Hörandel P. Horvath T. Hovatta M. Hrabovsky D. Hrupec G. Hughes M. Hütten M. Iarlori T. Inada S. Inoue A. Insolia M. Ionica M. Iori M. Jacquemont ⁸ M. Jamrozy P. Janecek I. Jiménez Martínez W. Jin I. Jung-Richardt J. Jurysek P. Kaaret V. Karas S. Karkar ⁷ N. Kawanaka D. Kerszberg B. Khélifi ⁹ R. Kissmann Jürgen Knödlseder ¹¹ Y. Kobayashi K. Kohri N. Komin A. Kong K. Kosack ¹ H. Kubo N. La Palombara G. Lamanna ⁸ R.G. Lang J. Lapington P. Laporte ⁶ M. Lemoine-Goumard ¹² J. Lenain ⁷ F. Leone G. Leto F. Leuschner E. Lindfors S. Lloyd T. Lohse S. Lombardi F. Longo A. Lopez M. López R. López-Coto S. Loporchio F. Lucarelli P.L. Luque-Escamilla E. Lyard C. Maggio A. Majczyna M. Makariev M. Mallamaci D. Mandat G. Maneva M. Manganaro G. Manicò Alexandre Marcowith ⁴ M. Marculewicz S. Markoff P. Marquez J. Martí O. Martinez M. Martínez G. Martínez H. Martínez-Huerta G. Maurin ⁸ D. Mazin J.D. Mbarubucyeye D. Medina Miranda M. Meyer S. Micanovic T. Miener M. Minev J.M. Miranda A. Mitchell T. Mizuno B. Mode R. Moderski L. Mohrmann E. Molina T. Montaruli A. Moralejo J. Morales Merino D. Morcuende-Parrilla A. Morselli R. Mukherjee C. Mundell T. Murach H. Muraishi A. Nagai T. Nakamori R. Nemmen J. Niemiec D. Nieto M. Nievas M. Nikołajuk K. Nishijima K. Noda D. Nosek S. Nozaki P. O'Brien Y. Ohira M. Ohishi T. Oka R.A. Ong M. Orienti R. Orito M. Orlandini E. Orlando J.P. Osborne M. Ostrowski I. Oya A. Pagliaro M. Palatka D. Paneque F.R. Pantaleo J.M. Paredes N. Parmiggiani B. Patricelli L. Pavletić A. Pe'Er M. Pech M. Pecimotika M. Peresano ¹ M. Persic O. Petruk K. Pfrang P. Piatteli E. Pietropaolo R. Pillera B. Pilszyk D. Pimentel F. Pintore S. Pita ⁹ M. Pohl V. Poireau ⁸ M. Polo R.R. Prado J. Prast ⁸ G. Principe N. Produit H. Prokoph M. Prouza H. Przybilski E. Pueschel G. Pühlhofer M.L. Pumo M. Punch ⁹ F. Queiroz A. Quirrenbach R. Rando S. Razzaque E. Rebert ⁶ S. Recchia ⁹ P. Reichherzer O. Reimer A. Reimer Y. Renier T. Reposeur ¹² W. Rhode D. Ribeiro M. Ribó T. Richtler J. Rico F. Rieger V. Rizi J. Rodriguez ¹ G. Rodriguez Fernandez J.C. Rodriguez Ramirez J.J. Rodríguez Vázquez P. Romano G. Romeo M. Roncadelli J. Rosado A. Rosales de Leon G. Rowell B. Rudak W. Rujopakarn F. Russo I. Sadeh L. Saha T. Saito F. Salesa Greus D. Sanchez ⁸ M. Sánchez-Conde P. Sangiorgi H. Sano M. Santander E.M. Santos A. Sanuy S. Sarkar F.G. Saturni U. Sawangwit A. Scherer B. Schleicher P. Schovanek F. Schussler ¹⁰ U. Schwanke E. Sciacca S. Scuderi M. Seglar Arroyo ⁸ O. Sergijenko M. Servillat ⁶ K. Seweryn A. Shalchi P. Sharma ⁵ R.C. Shellard H. Siejkowski A. Sinha ⁴ V. Sliusar A. Slowikowska A. Sokolenko H. Sol ⁶ A. Specovius S. Spencer D. Spiga A. Stamerra S. Stanič R. Starling T. Stolarczyk ¹ U. Straumann J. Strišković Y. Suda P. Świerk G. Tagliaferri H. Takahashi M. Takahashi F. Tavecchio L. Taylor L.A. Tejedor P. Temnikov R. Terrier ⁹ T. Terzic V. Testa W. Tian L. Tibaldo ¹¹ D. Tonev D.F. Torres E. Torresi L. Tosti N. Tothill G. Tovmassian P. Travnicek S. Truzzi F. Tuossenel ⁷ G. Umana M. Vacula V. Vagelli M. Valentino B. Vallage ¹⁰ P. Vallania C. van Eldik G.S. Varner V. Vassiliev M. Vázquez Acosta M. Vecchi J. Veh S. Vercellone S. Vergani ⁶ V. Verguilov G.P. Vettolani A. Viana C.F. Vigorito V. Vitale S. Vorobiov I. Vovk T. Vuillaume ⁸ S.J. Wagner R. Walter J. Watson M. White R. White R. Wiemann A. Wierzcholska M. Will D.A. Williams R. Wischnewski A. Wolter R. Yamazaki S. Yanagita L. Yang T. Yoshikoshi M. Zacharias ⁶ G. Zaharijas D. Zaric M. Zavrtanik D. Zavrtanik A. Zech ⁶ H. Zechlin V.I. Zhdanov M. Živec

1 AIM (UMR_7158 / UMR_E_9005 / UM_112) - Astrophysique Interprétation Modélisation

2 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet

3 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille

4 LUPM - Laboratoire Univers et Particules de Montpellier

5 IJCLab - Laboratoire de Physique des 2 Infinis Irène Joliot-Curie

6 LUTH (UMR_8102) - Laboratoire Univers et Théories

7 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies

8 LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules

9 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie

10 IRFU - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers

11 IRAP - Institut de recherche en astrophysique et planétologie

12 CENBG - Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan

Abstract : The Cherenkov Telescope Array (CTA), the new-generation ground-based observatory for γ astronomy, provides unique capabilities to address significant open questions in astrophysics, cosmology, and fundamental physics. We study some of the salient areas of γ cosmology that can be explored as part of the Key Science Projects of CTA, through simulated observations of active galactic nuclei (AGN) and of their relativistic jets. Observations of AGN with CTA will enable a measurement of γ absorption on the extragalactic background light with a statistical uncertainty below 15% up to a redshift z=2 and to constrain or detect γ halos up to intergalactic-magnetic-field strengths of at least 0.3 pG . Extragalactic observations with CTA also show promising potential to probe physics beyond the Standard Model. The best limits on Lorentz invariance violation from γ astronomy will be improved by a factor of at least two to three. CTA will also probe the parameter space in which axion-like particles could constitute a significant fraction, if not all, of dark matter. We conclude on the synergies between CTA and other upcoming facilities that will foster the growth of γ cosmology.

Keywords : redshift: dependence statistical dark matter: halo absorption new physics background sensitivity Cherenkov Telescope Array observatory AGN axion-like particles cosmological model: parameter space jet: relativistic violation: Lorentz gamma ray: propagation invariance: Lorentz extragalactic magnetic fields active galactic nuclei axions gamma ray experiments

Document type :

Journal articles

Domain :

Physics [physics] / Astrophysics [astro-ph]

Complete list of metadata

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02981237
Contributor : Inspire Hep Connect in order to contact the contributor
Submitted on : Tuesday, October 27, 2020 - 9:24:51 PM
Last modification on : Monday, May 16, 2022 - 8:20:24 AM

Sensitivity of the Cherenkov Telescope Array for probing cosmology and fundamental physics with gamma-ray propagation

Links full text

Identifiers

Collections

Citation

Export

Metrics

283

Sensitivity of the Cherenkov Telescope Array for probing cosmology and fundamental physics with gamma-ray propagation

Links full text

Identifiers

Collections

Citation

Export

Share

Metrics

283