Detection of the Geminga pulsar with MAGIC hints at a power-law tail emission beyond 15 GeV
Authors:   MAGIC Collaboration, Acciari V. A. , Ansoldi S. , Antonelli L. A. , Arbet Engels A. , Asano K. , Baack D. , Babić A. , Baquero A. , Barres de Almeida U. , Barrio J. A. , Becerra González J. , Bednarek W. , Bellizzi L. , Bernardini E. , Bernardos M. , Berti A. , Besenrieder J. , Bhattacharyya W. , Bigongiari C. , Biland A. , Blanch O. , Bonnoli G. , Bošnjak Ž. , Busetto G. , Carosi R. , Ceribella G. , Cerruti M. , Chai Y. , Chilingarian A. , Cikota S. , Colak S. M. , Colombo E. , Contreras J. L. , Cortina J. , Covino S. , D’Amico G. , D’Elia V. , Da Vela P. , Dazzi F. , De Angelis A. , De Lotto B. , Delfino M. , Delgado J. , Delgado Mendez C. , Depaoli D. , Di Girolamo T. , Di Pierro F. , Di Venere L. , Do Souto Espiñeira E. , Dominis Prester D. , Donini A. , Dorner D. , Doro M. , Elsaesser D. , Fallah Ramazani V. , Fattorini A. , Ferrara G. , Foffano L. , Fonseca M. V. , Font L. , Fruck C. , Fukami S. , García López R. J. , Garczarczyk M. , Gasparyan S. , Gaug M. , Giglietto N. , Giordano F. , Gliwny P. , Godinović N. , Green J. G. , Green D. , Hadasch D. , Hahn A. , Heckmann L. , Herrera J. , Hoang J. , Hrupec D. , Hütten M. , Inada T. , Inoue S. , Ishio K. , Iwamura Y. , Jormanainen J. , Jouvin L. , Kajiwara Y. , Karjalainen M. , Kerszberg D. , Kobayashi Y. , Kubo H. , Kushida J. , Lamastra A. , Lelas D. , Leone F. , Lindfors E. , Lombardi S. , Longo F. , López-Coto R. , López-Moya M. , López-Oramas A. , Loporchio S. , Machado de Oliveira Fraga B. , Maggio C. , Majumdar P. , Makariev M. , Mallamaci M. , Maneva G. , Manganaro M. , Mannheim K. , Maraschi L. , Mariotti M. , Martínez M. , Mazin D. , Mender S. , Mićanović S. , Miceli D. , Miener T. , Minev M. , Miranda J. M. , Mirzoyan R. , Molina E. , Moralejo A. , Morcuende D. , Moreno V. , Moretti E. , Munar-Adrover P. , Neustroev V. , Nigro C. , Nilsson K. , Ninci D. , Nishijima K. , Noda K. , Nozaki S. , Ohtani Y. , Oka T. , Otero-Santos J. , Palatiello M. , Paneque D. , Paoletti R. , Paredes J. M. , Pavletić L. , Peñil P. , Perennes C. , Persic M. , Prada Moroni P. G. , Prandini E. , Priyadarshi C. , Puljak I. , Rhode W. , Ribó M. , Rico J. , Righi C. , Rugliancich A. , Saha L. , Sahakyan N. , Saito T. , Sakurai S. , Satalecka K. , Saturni F. G. , Schleicher B. , Schmidt K. , Schweizer T. , Sitarek J. , Šnidarić I. , Sobczynska D. , Spolon A. , Stamerra A. , Strom D. , Strzys M. , Suda Y. , Surić T. , Takahashi M. , Tavecchio F. , Temnikov P. , Terzić T. , Teshima M. , Torres-Albà N. , Tosti L. , Truzzi S. , Tutone A. , van Scherpenberg J. , Vanzo G. , Vazquez Acosta M. , Ventura S. , Verguilov V. , Vigorito C. F. , Vitale V. , Vovk I. , Will M. , Zarić D. , Hirotani K. , Saz Parkinson P. M. 
Published: September 2020

We report the detection of pulsed gamma-ray emission from the Geminga pulsar (PSR J0633+1746) between 15 GeV and 75 GeV. This is the first time a middle-aged pulsar has been detected up to these energies. Observations were carried out with the MAGIC telescopes between 2017 and 2019 using the low-energy threshold Sum-Trigger-II system. After quality selection cuts, ∼80 h of observational data were used for this analysis. To compare with the emission at lower energies below the sensitivity range of MAGIC, 11 years of Fermi-LAT data above 100 MeV were also analysed. From the two pulses per rotation seen by Fermi-LAT, only the second one, P2, is detected in the MAGIC energy range, with a significance of 6.3σ. The spectrum measured by MAGIC is well-represented by a simple power law of spectral index Γ = 5.62 ± 0.54, which smoothly extends the Fermi-LAT spectrum. A joint fit to MAGIC and Fermi-LAT data rules out the existence of a sub-exponential cut-off in the combined energy range at the 3.6σ significance level. The power-law tail emission detected by MAGIC is interpreted as the transition from curvature radiation to Inverse Compton Scattering of particles accelerated in the northern outer gap.