Prospects for Cherenkov Telescope Array Observations of the Young Supernova Remnant RX J1713.7−3946

F. Acero (1) , R. Aloisio , J. Amans (2) , E. Amato , L.A. Antonelli , C. Aramo , T. Armstrong , F. Arqueros , K. Asano , M. Ashley , M. Backes , C. Balazs , A. Balzer , A. Bamba , M. Barkov , J.A. Barrio , W. Benbow , K. Bernlöhr , V. Beshley , C. Bigongiari , A. Biland , A. Bilinsky , E. Bissaldi , J. Biteau (3) , O. Blanch , P. Blasi , J. Blazek , C. Boisson (4) , G. Bonanno , A. Bonardi , C. Bonavolontà , G. Bonnoli , C. Braiding , S. Brau-Nogué (5) , J. Bregeon (6) , A.M. Brown , V. Bugaev , A. Bulgarelli , T. Bulik , M. Burton , A. Burtovoi , G. Busetto , M. Böttcher , R. Cameron , M. Capalbi , A. Caproni , P. Caraveo , R. Carosi , E. Cascone , M. Cerruti , S. Chaty (1) , A. Chen , X. Chen , M. Chernyakova , M. Chikawa , J. Chudoba , Johann Cohen-Tanugi (6) , S. Colafrancesco , V. Conforti , J.L. Contreras , A. Costa , G. Cotter , S. Covino , G. Covone , P. Cumani , G. Cusumano , F. d'Ammando , D. d'Urso , M. Daniel , F. Dazzi , A. de Angelis , G. de Cesare , A. de Franco , F. de Frondat (2) , E.M. de Gouveia Dal Pino , C. de Lisio , R. de Los Reyes Lopez , B. de Lotto , M. de Naurois (7) , F. de Palma , M. del Santo , C. Delgado , D. Della Volpe , T. Di Girolamo , C. Di Giulio , F. Di Pierro , L. Di Venere , M. Doro , J. Dournaux (2) , D. Dumas (2) , V. Dwarkadas , C. Díaz , J. Ebr , K. Egberts , S. Einecke , D. Elsässer , S. Eschbach , D. Falceta-Goncalves , G. Fasola (2) , E. Fedorova , A. Fernández-Barral , G. Ferrand , M. Fesquet (8) , E. Fiandrini , A. Fiasson (9) , M.D. Filipovíc , V. Fioretti , L. Font , G. Fontaine (7) , F.J. Franco , L. Freixas Coromina , Y. Fujita , Y. Fukui , S. Funk , A. Förster , A. Gadola , R. Garcia López , M. Garczarczyk , N. Giglietto , F. Giordano , A. Giuliani , J. Glicenstein (10) , R. Gnatyk , P. Goldoni (11) , T. Grabarczyk , R. Graciani , J. Graham , P. Grandi , J. Granot , A.J. Green , S. Griffiths , S. Gunji , H. Hakobyan , S. Hara , T. Hassan , M. Hayashida , M. Heller , J.C. Helo , J. Hinton , B. Hnatyk , J. Huet (2) , M. Huetten , T.B. Humensky , M. Hussein , J. Hörandel , Y. Ikeno , T. Inada , Y. Inome , S. Inoue , T. Inoue , Y. Inoue , K. Ioka , M. Iori , J. Jacquemier (9) , P. Janecek , D. Jankowsky , I. Jung , P. Kaaret , H. Katagiri , S. Kimeswenger , S. Kimura , J. Knödlseder (5) , B. Koch , J. Kocot , K. Kohri , N. Komin , Y. Konno , K. Kosack (1) , S. Koyama , M. Kraus , H. Kubo , G. Kukec Mezek , J. Kushida , N. La Palombara , K. Lalik , G. Lamanna (9) , H. Landt , J. Lapington , P. Laporte (2) , S. Lee , J. Lees (9) , J. Lefaucheur (4) , J.-P. Lenain (12) , G. Leto , E. Lindfors , T. Lohse , S. Lombardi , F. Longo , M. Lopez , F. Lucarelli , P.L. Luque-Escamilla , R. López-Coto , M.C. Maccarone , G. Maier , G. Malaguti , D. Mandat , G. Maneva , S. Mangano , Alexandre Marcowith (6) , J. Martí , M. Martínez , G. Martínez , S. Masuda , G. Maurin (9) , N. Maxted , C. Melioli , T. Mineo , N. Mirabal , T. Mizuno , R. Moderski , M. Mohammed , T. Montaruli , A. Moralejo , K. Mori , G. Morlino , A. Morselli , E. Moulin (10) , R. Mukherjee , C. Mundell , H. Muraishi , K. Murase , S. Nagataki , T. Nagayoshi , T. Naito , D. Nakajima , T. Nakamori , R. Nemmen , J. Niemiec , D. Nieto , M. Nievas-Rosillo , M. Nikołajuk , K. Nishijima , K. Noda , L. Nogues , D. Nosek , B. Novosyadlyj , S. Nozaki , Y. Ohira , M. Ohishi , S. Ohm , A. Okumura , R.A. Ong , R. Orito , A. Orlati , M. Ostrowski , I. Oya , M. Padovani (6) , J. Palacio , M. Palatka , J.M. Paredes , S. Pavy (7) , A. Pe'Er , M. Persic , P. Petrucci (13) , O. Petruk , A. Pisarski , M. Pohl , A. Porcelli , E. Prandini , J. Prast (9) , G. Principe , M. Prouza , E. Pueschel , G. Pühlhofer , A. Quirrenbach , M. Rameez , O. Reimer , Matthieu Renaud (6) , M. Ribó , J. Rico , V. Rizi , J. Rodriguez (1) , G. Rodriguez Fernandez , J.J. Rodríguez Vázquez , P. Romano , G. Romeo , J. Rosado , J. Rousselle , G. Rowell , B. Rudak , I. Sadeh , S. Safi-Harb , T. Saito , N. Sakaki , D. Sanchez (9) , P. Sangiorgi , H. Sano , M. Santander , S. Sarkar , M. Sawada , E.J. Schioppa , H. Schoorlemmer , P. Schovanek , F. Schussler (10) , O. Sergijenko , M. Servillat (4) , A. Shalchi , R.C. Shellard , H. Siejkowski , A. Sillanpää , D. Simone , V. Sliusar , H. Sol (4) , S. Stanič , R. Starling , Ł. Stawarz , S. Stefanik , M. Stephan , T. Stolarczyk (1) , M. Szanecki , T. Szepieniec , G. Tagliaferri , H. Tajima , M. Takahashi , J. Takeda , M. Tanaka , S. Tanaka , L.A. Tejedor , I. Telezhinsky , P. Temnikov , Y. Terada , D. Tescaro , M. Teshima , V. Testa , S. Thoudam , F. Tokanai , D.F. Torres , E. Torresi , G. Tosti , C. Townsley , P. Travnicek , C. Trichard (14) , M. Trifoglio , S. Tsujimoto , V. Vagelli , P. Vallania , L. Valore , W. van Driel (2) , C. van Eldik , J. Vandenbroucke , V. Vassiliev , M. Vecchi , S. Vercellone , S. Vergani (2) , C. Vigorito , S. Vorobiov , M. Vrastil , M.L. Vázquez Acosta , S.J. Wagner , R. Wagner , S.P. Wakely , Raymond Walter (15) , J.E. Ward , J.J. Watson , A. Weinstein , M. White , R. White , A. Wierzcholska , P. Wilcox , D.A. Williams , R. Wischnewski , P. Wojcik , T. Yamamoto , H. Yamamoto , R. Yamazaki , S. Yanagita , L. Yang , T. Yoshida , M. Yoshida , S. Yoshiike , T. Yoshikoshi , M. Zacharias , L. Zampieri , R. Zanin , M. Zavrtanik , D. Zavrtanik , A. Zdziarski , A. Zech (4) , H. Zechlin , V. Zhdanov , A. Ziegler , J. Zorn

1 DAP - Département d'Astrophysique (ex SAP)
2 GEPI - Galaxies, Etoiles, Physique, Instrumentation
3 IPNO - Institut de Physique Nucléaire d'Orsay
4 LUTH (UMR_8102) - Laboratoire Univers et Théories
5 IRAP - Institut de recherche en astrophysique et planétologie
6 LUPM - Laboratoire Univers et Particules de Montpellier
7 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet
8 IRFU - Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers
9 LAPP - Laboratoire d'Annecy de Physique des Particules
10 DPhP - Département de Physique des Particules (ex SPP)
11 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie
12 LPNHE (UMR_7585) - Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Énergies
13 IPAG - Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble
14 CPPM - Centre de Physique des Particules de Marseille
15 Institute for nanosciences and engineering and physics departement [University of Arkansas]

We perform simulations for future Cherenkov Telescope Array (CTA) observations of RX J1713.7−3946, a young supernova remnant (SNR) and one of the brightest sources ever discovered in very high energy (VHE) gamma rays. Special attention is paid to exploring possible spatial (anti)correlations of gamma rays with emission at other wavelengths, in particular X-rays and CO/H i emission. We present a series of simulated images of RX J1713.7−3946 for CTA based on a set of observationally motivated models for the gamma-ray emission. In these models, VHE gamma rays produced by high-energy electrons are assumed to trace the nonthermal X-ray emission observed by XMM-Newton, whereas those originating from relativistic protons delineate the local gas distributions. The local atomic and molecular gas distributions are deduced by the NANTEN team from CO and H i observations. Our primary goal is to show how one can distinguish the emission mechanism(s) of the gamma rays (i.e., hadronic versus leptonic, or a mixture of the two) through information provided by their spatial distribution, spectra, and time variation. This work is the first attempt to quantitatively evaluate the capabilities of CTA to achieve various proposed scientific goals by observing this important cosmic particle accelerator.

Mots clés: cosmic rays; gamma rays: ISM; ISM: individual objects; gamma ray: emission; gamma ray: VHE; X-ray: emission; p: relativistic; Cherenkov Telescope Array; gas; spatial distribution; accelerator; Telescope Array Experiment; supernova; electron; pi; GLAST; Compton scattering; HESS; hadronic; leptonic; spectrum; time dependence

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

F. Acero, R. Aloisio, J. Amans, E. Amato, L.A. Antonelli, et al.. Prospects for Cherenkov Telescope Array Observations of the Young Supernova Remnant RX J1713.7−3946. Astrophys.J., 2017, 840 (2), pp.74. ⟨10.3847/1538-4357/aa6d67⟩. ⟨hal-02192570v3⟩