Paper: Constraining the Cosmic-Ray Energy Based on Observations of Nearby Galaxy Clusters by LHAASO
Authors: Zhen Cao, F. Aharonian, Y. X. Bai, Y. W. Bao, D. Bastieri, X. J. Bi, Y. J. Bi, W. Bian, A. V. Bukevich, C. M. Cai, W. Y. Cao, Zhe Cao, J. Chang, J. F. Chang, A. M. Chen, E. S. Chen, H. X. Chen, Liang Chen, Long Chen, M. J. Chen, M. L. Chen, Q. H. Chen, S. Chen, S. H. Chen, S. Z. Chen, T. L. Chen, X. B. Chen, X. J. Chen, Y. Chen, N. Cheng, Y. D. Cheng, M. C. Chu, M. Y. Cui, S. W. Cui, X. H. Cui, Y. D. Cui, B. Z. Dai, H. L. Dai, Z. G. Dai, Danzengluobu, Y. X. Diao, X. Q. Dong, K. K. Duan, J. H. Fan, Y. Z. Fan, J. Fang, J. H. Fang, K. Fang, C. F. Feng, H. Feng, L. Feng, S. H. Feng, X. T. Feng, Y. Feng, Y. L. Feng, S. Gabici, B. Gao, C. D. Gao, Q. Gao, W. Gao, W. K. Gao, M. M. Ge, T. T. Ge, L. S. Geng, G. Giacinti, G. H. Gong, Q. B. Gou, M. H. Gu, F. L. Guo, J. Guo, X. L. Guo, Y. Q. Guo, Y. Y. Guo, Y. A. Han, O. A. Hannuksela, M. Hasan, H. H. He, H. N. He, J. Y. He, X. Y. He, Y. He, S. Hernández-Cadena, Y. K. Hor, B. W. Hou, C. Hou, X. Hou, H. B. Hu, S. C. Hu, C. Huang, D. H. Huang, J. J. Huang, T. Q. Huang, W. J. Huang, X. T. Huang, X. Y. Huang, Y. Huang, Y. Y. Huang, X. L. Ji, H. Y. Jia, K. Jia, H. B. Jiang, K. Jiang, X. W. Jiang, Z. J. Jiang, M. Jin, S. Kaci, M. M. Kang, I. Karpikov, D. Khangulyan, D. Kuleshov, K. Kurinov, B. B. Li, Cheng Li, Cong Li, D. Li, F. Li, H. B. Li, H. C. Li, Jian Li, Jie Li, K. Li, L. Li, R. L. Li, S. D. Li, T. Y. Li, W. L. Li, X. R. Li, Xin Li, Y. Z. Li, Zhe Li, Zhuo Li, E. W. Liang, Y. F. Liang, S. J. Lin, B. Liu, C. Liu, D. Liu, D. B. Liu, H. Liu, H. D. Liu, J. Liu, J. L. Liu, J. R. Liu, M. Y. Liu, R. Y. Liu, S. M. Liu, W. Liu, X. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. N. Liu, Y. Q. Lou, Q. Luo, Y. Luo, H. K. Lv, B. Q. Ma, L. L. Ma, X. H. Ma, J. R. Mao, Z. Min, W. Mitthumsiri, G. B. Mou, H. J. Mu, Y. C. Nan, A. Neronov, K. C. Y. Ng, M. Y. Ni, L. Nie, L. J. Ou, P. Pattarakijwanich, Z. Y. Pei, J. C. Qi, M. Y. Qi, J. J. Qin, A. Raza, C. Y. Ren, D. Ruffolo, A. Sáiz, M. Saeed, D. Semikoz, L. Shao, O. Shchegolev, Y. Z. Shen, X. D. Sheng, Z. D. Shi, F. W. Shu, H. C. Song, Yu. V. Stenkin, V. Stepanov, Y. Su, D. X. Sun, H. Sun, Q. N. Sun, X. N. Sun, Z. B. Sun, N. H. Tabasam, J. Takata, P. H. T. Tam, H. B. Tan, Q. W. Tang, R. Tang, Z. B. Tang, W. W. Tian, C. N. Tong, L. H. Wan, C. Wang, G. W. Wang, H. G. Wang, H. H. Wang, J. C. Wang, K. Wang, Kai Wang, Kai Wang, L. P. Wang, L. Y. Wang, L. Y. Wang, R. Wang, W. Wang, X. G. Wang, X. J. Wang, X. Y. Wang, Y. Wang, Y. D. Wang, Z. H. Wang, Z. X. Wang, Zheng Wang, D. M. Wei, J. J. Wei, Y. J. Wei, T. Wen, S. S. Weng, C. Y. Wu, H. R. Wu, Q. W. Wu, S. Wu, X. F. Wu, Y. S. Wu, S. Q. Xi, J. Xia, J. J. Xia, G. M. Xiang, D. X. Xiao, G. Xiao, Y. L. Xin, Y. Xing, D. R. Xiong, Z. Xiong, D. L. Xu, R. F. Xu, R. X. Xu, W. L. Xu, L. Xue, D. H. Yan, J. Z. Yan, T. Yan, C. W. Yang, C. Y. Yang, F. F. Yang, L. L. Yang, M. J. Yang, R. Z. Yang, W. X. Yang, Y. H. Yao, Z. G. Yao, X. A. Ye, L. Q. Yin, N. Yin, X. H. You, Z. Y. You, Y. H. Yu, Q. Yuan, H. Yue, H. D. Zeng, T. X. Zeng, W. Zeng, M. Zha, B. B. Zhang, B. T. Zhang, F. Zhang, H. Zhang, H. M. Zhang, H. Y. Zhang, J. L. Zhang, Li Zhang, P. F. Zhang, P. P. Zhang, R. Zhang, S. R. Zhang, S. S. Zhang, W. Y. Zhang, X. Zhang, X. P. Zhang, Yi Zhang, Yong Zhang, Z. P. Zhang, J. Zhao, L. Zhao, L. Z. Zhao, S. P. Zhao, X. H. Zhao, Z. H. Zhao, F. Zheng, W. J. Zhong, B. Zhou, H. Zhou, J. N. Zhou, M. Zhou, P. Zhou, R. Zhou, X. X. Zhou, X. X. Zhou, B. Y. Zhu, C. G. Zhu, F. R. Zhu, H. Zhu, K. J. Zhu, Y. C. Zou, X. Zuo
Figure caption: Left panel: the 95% C.L. flux upper limits for the extended emission within the R500 radius of the three galaxy clusters, after correction for the EBL, are presented. The darker-blue and lighter-blue arrows represent the data from WCDA and KM2A, respectively. The gray solid and dashed lines represent the γ-ray fluxes scaled to the strongest constraint for the IC process of secondary electrons produced by the p–γ interactions of accelerated cosmic rays with linear and nonlinear DSA scenarios, respectively, as shown in Figures 7 and 13 of G. Vannoni et al. (2011). The blue dashed line represents the γ-ray flux scaled to the strongest constraint for hadronic processes. From top to bottom, the corresponding clusters are the Coma, Perseus, and Virgo clusters. Right panel: the 95% C.L. upper-limit constraints on XCRp for these three galaxy clusters, under the hypothesis of different CRp spectral indices, are shown. The sequence of galaxy clusters from top to bottom is consistent with the order presented in the left panel. The solid squares in the first plot on the right panel represent the strongest constraints (99% C.L.) previously obtained by HESS (HESS Collaboration & F. A. Aharonian 2009). The hollow pentagrams and crosses represent VERITAS’s and Fermi’s strongest constraints (99% C.L.) on XCRp within the virial radius of Coma (T. Arlen et al. 2012). The hollow circles in the second plot on the right denote the 95% C.L. constraints on XCRp within the virial radius of the Perseus cluster, as determined by MAGIC (MAGIC Collaboration et al. 2016). The hollow squares in the bottom-most plot represent the 99.7% C.L. constraints on XCRp within the Virgo cluster at ∼20 kpc, as determined by HESS (HESS Collaboration et al. 2023). In the bottom two panels, the open crosses represent the 95% C.L. upper limits provided by Fermi (M. Ackermann et al. 2010).