Fermi-LAT discovery of GeV gamma-ray emission from the young supernova remnant Cassiopeia A

A. A. Abdo , Markus Ackermann , Marco Ajello , A. Allafort , Luca Baldini , Jean Ballet (1) , Guido Barbiellini , M. G. Baring , D. Bastieri , B. M. Baughman , K. Bechtol , R. Bellazzini , B. Berenji , R. D. Blandford , E. D. Bloom , E. Bonamente , A. W. Borgland , J. Bregeon , A. Brez , M. Brigida , Pascal Bruel (2) , R. Buehler , T. H. Burnett , G. Busetto , G. A. Caliandro , R. A. Cameron , P. A. Caraveo , J. M. Casandjian (1) , C. Cecchi , Ö. Çelik , E. Charles , S. Chaty , A. Chekhtman , C. C. Cheung , J. Chiang , A. N. Cillis , S. Ciprini , R. Claus , J. Cohen-Tanugi (3) , J. Conrad , S. Corbel , F. de Palma , S. W. Digel , M. Dormody , E. Do Couto E Silva , P. S. Drell , R. Dubois , D. Dumora (4) , Y. Edmonds , C. Farnier (3) , C. Favuzzi , S. J. Fegan (2) , E. C. Ferrara , W. B. Focke , P. Fortin (2) , M. Frailis , Y. Fukazawa , S. Funk , P. Fusco , F. Gargano , D. Gasparrini , N. Gehrels , S. Germani , G. Giavitto , N. Giglietto , F. Giordano , T. Glanzman , G. Godfrey , I. A. Grenier , M.-H. Grondin (4) , J. E. Grove , L. Guillemot (4) , S. Guiriec , Y. Hanabata , E. Hays , A. K. Harding , M. Hayashida , D. Horan (2) , R. E. Hughes , M. S. Jackson , A. S. Johnson , T. J. Johnson , W. N. Johnson , T. Kamae , H. Katagiri , J. Kataoka , N. Kawai , M. Kerr , Jürgen Knödlseder (5) , M. Kuss , J. Lande , L. Latronico , M. Lemoine-Goumard (4) , F. Longo , F. Loparco , B. Lott (4) , M. N. Lovellette , P. Lubrano , A. Makeev , M. N. Mazziotta , C. Meurer , P. F. Michelson , W. Mitthumsiri , T. Mizuno , C. Monte , M. E. Monzani , A. Morselli , I. V. Moskalenko , S. Murgia , T. Nakamori , P. L. Nolan , J. P. Norris , E. Nuss (3) , T. Ohsugi , A. Okumura , N. Omodei , E. Orlando , J. F. Ormes , D. Paneque , J. H. Panetta , V. Pelassa (3) , M. Pepe , M. Pesce-Rollins , F. Piron (3) , M. Pohl , T.A. Porter , S. Rainò , R. Rando , A. Reimer , O. Reimer , T. Reposeur (4) , S. Ritz , A. Y. Rodriguez , R. W. Romani , M. Roth , H. F.-W. Sadrozinski , A. Sander , P. M. Saz Parkinson , J. D. Scargle , C. Sgrò , E. J. Siskind , David Stanley Smith (4) , P. D. Smith , P. Spinelli , M. S. Strickman , D. J. Suson , H. Tajima , T. Takahashi , T. Tanaka , J. B. Thayer , J. G. Thayer , D. J. Thompson , S. E. Thorsett , L. Tibaldo (1) , O. Tibolla , D. F. Torres , G. Tosti , A. Tramacere , Y. Uchiyama , T. L. Usher , A. van Etten , V. Vasileiou , C. Venter , N. Vilchez (5) , V. Vitale , A. P. Waite , P. Wang , B. L. Winer , K. S. Wood , R. Yamazaki , T. Ylinen , M. Ziegler

1 AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112) - Astrophysique Interprétation Modélisation
2 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet
3 LPTA - Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules
4 CENBG - Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan
5 CESR - Centre d'étude spatiale des rayonnements

We report on the first detection of GeV high-energy gamma-ray emission from a young supernova remnant with the Large Area Telescope aboard the Fermi Gamma-ray Space Telescope. These observations reveal a source with no discernible spatial extension detected at a significance level of 12.2$\sigma$ above 500 MeV at a location that is consistent with the position of the remnant of the supernova explosion that occurred around 1680 in the Cassiopeia constellation - Cassiopeia A. The gamma-ray flux and spectral shape of the source are consistent with a scenario in which the gamma-ray emission originates from relativistic particles accelerated in the shell of this remnant. The total content of cosmic rays (electrons and protons) accelerated in Cas A can be estimated as $W_{\mathrm{CR}} \approx (1-4) \times 10^{49}$ erg thanks to the well-known density in the remnant assuming that the observed gamma-ray originates in the SNR shell(s). The magnetic field in the radio-emitting plasma can be robustly constrained as B $\gt 0.1$ mG, providing new evidence of the magnetic field amplification at the forward shock and the strong field in the shocked ejecta.

Mots clés: acceleration of particles; ISM: individual objects (Cassiopeia A); radiation mechanisms: non-thermal

Domaines: Phénomènes cosmiques de haute energie [astro-ph.HE]; Phénomènes cosmiques de haute energie [astro-ph.HE]

A. A. Abdo, Markus Ackermann, Marco Ajello, A. Allafort, Luca Baldini, et al.. Fermi-LAT discovery of GeV gamma-ray emission from the young supernova remnant Cassiopeia A. The Astrophysical journal letters, 2010, 710, pp.L92-L97. ⟨10.1088/2041-8205/710/1/L92⟩. ⟨in2p3-00461069⟩