3.9 day orbital modulation in the TeV gamma-ray flux and spectrum from the X-ray binary LS 5039
F. Aharonian
,
A. G. Akhperjanian
,
A. R. Bazer-Bachi
(1)
,
M. Beilicke
,
W. Benbow
,
D. Berge
,
K. Bernlöhr
,
C. Boisson
(2)
,
O. Bolz
,
V. Borrel
(1)
,
I. Braun
,
F. Breitling
,
A. M. Brown
,
R. Bühler
,
I. Büsching
,
S. Carrigan
,
P. M. Chadwick
,
L.-M. Chounet
(3)
,
R. Cornils
,
L. Costamante
,
B. Degrange
(3)
,
H. J. Dickinson
,
A. Djannati-Ataï
(4)
,
L. O'C. Drury
,
G. Dubus
(3)
,
K. Egberts
,
D. Emmanoulopoulos
,
P. Espigat
(5)
,
F. Feinstein
(6)
,
E. Ferrero
,
G. Fontaine
(3)
,
Seb. Funk
,
S. Funk
,
Y.A. Gallant
(6)
,
B. Giebels
(3)
,
J. F. Glicenstein
(7)
,
P. Goret
(7)
,
C. Hadjichristidis
,
D. Hauser
,
M. Hauser
,
G. Heinzelmann
,
G. Henri
(8)
,
G. Hermann
,
J. A. Hinton
,
W. Hofmann
,
M. Holleran
,
D. Horns
,
A. Jacholkowska
(6)
,
O. C. de Jager
,
B. Khélifi
(3)
,
Nu. Komin
,
A. Konopelko
,
I. J. Latham
,
R. Le Gallou
,
A. Lemière
(5)
,
M. Lemoine-Goumard
(3)
,
T. Lohse
,
J. M. Martin
,
O. Martineau-Huynh
,
A. Marcowith
(1)
,
C. Masterson
,
T. J. L. Mccomb
,
M. de Naurois
,
D. Nedbal
,
S. J. Nolan
,
A. Noutsos
,
K. J. Orford
,
J. L. Osborne
,
M. Ouchrif
,
M. Panter
,
G. Pelletier
(8)
,
S. Pita
(5)
,
G. Pühlhofer
,
M. Punch
(5)
,
B. C. Raubenheimer
,
M. Raue
,
S. M. Rayner
,
A. Reimer
,
O. Reimer
,
J. Ripken
,
L. Rob
,
L. Rolland
,
G. Rowell
,
V. Sahakian
,
L. Saugé
(8)
,
S. Schlenker
,
R. Schlickeiser
,
U. Schwanke
,
H. Sol
(2)
,
D. Spangler
,
F. Spanier
,
R. Steenkamp
,
C. Stegmann
,
G. Superina
(3)
,
J.-P. Tavernet
,
R. Terrier
(5)
,
C.G. Théoret
(5)
,
M. Tluczykont
(3)
,
C. van Eldik
,
G. Vasileiadis
(6)
,
C. Venter
,
P. Vincent
,
H. J. Völk
,
S. J. Wagner
,
M. Ward
1
CESR -
Centre d'étude spatiale des rayonnements
2 LUTH (UMR_8102) - Laboratoire Univers et Théories
3 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet
4 APC - AHE - APC - Astrophysique des Hautes Energies
5 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie
6 LPTA - Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules
7 DAPNIA - Département d'Astrophysique, de physique des Particules, de physique Nucléaire et de l'Instrumentation Associée
8 LAOG - Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble
2 LUTH (UMR_8102) - Laboratoire Univers et Théories
3 LLR - Laboratoire Leprince-Ringuet
4 APC - AHE - APC - Astrophysique des Hautes Energies
5 APC (UMR_7164) - AstroParticule et Cosmologie
6 LPTA - Laboratoire de Physique Théorique et Astroparticules
7 DAPNIA - Département d'Astrophysique, de physique des Particules, de physique Nucléaire et de l'Instrumentation Associée
8 LAOG - Laboratoire d'Astrophysique de Grenoble
F. Aharonian
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755280
- ORCID : 0000-0003-1157-3915
A. G. Akhperjanian
- Fonction : Auteur
M. Beilicke
- Fonction : Auteur
W. Benbow
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D. Berge
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755461
- ORCID : 0000-0002-2918-1824
K. Bernlöhr
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755488
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C. Boisson
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755462
- ORCID : 0000-0001-5893-1797
O. Bolz
- Fonction : Auteur
I. Braun
- Fonction : Auteur
F. Breitling
- Fonction : Auteur
A. M. Brown
- Fonction : Auteur
R. Bühler
- Fonction : Auteur
I. Büsching
- Fonction : Auteur
S. Carrigan
- Fonction : Auteur
P. M. Chadwick
- Fonction : Auteur
R. Cornils
- Fonction : Auteur
L. Costamante
- Fonction : Auteur
H. J. Dickinson
- Fonction : Auteur
L. O'C. Drury
- Fonction : Auteur
G. Dubus
- Fonction : Auteur
- PersonId : 746648
- IdHAL : guillaume-dubus
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- IdRef : 164946438
K. Egberts
- Fonction : Auteur
D. Emmanoulopoulos
- Fonction : Auteur
E. Ferrero
- Fonction : Auteur
Seb. Funk
- Fonction : Auteur
S. Funk
- Fonction : Auteur
C. Hadjichristidis
- Fonction : Auteur
D. Hauser
- Fonction : Auteur
M. Hauser
- Fonction : Auteur
G. Heinzelmann
- Fonction : Auteur
G. Hermann
- Fonction : Auteur
J. A. Hinton
- Fonction : Auteur
W. Hofmann
- Fonction : Auteur
M. Holleran
- Fonction : Auteur
D. Horns
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755282
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O. C. de Jager
- Fonction : Auteur
B. Khélifi
- Fonction : Auteur
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- IdHAL : bruno-khelifi
Nu. Komin
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A. Konopelko
- Fonction : Auteur
I. J. Latham
- Fonction : Auteur
R. Le Gallou
- Fonction : Auteur
M. Lemoine-Goumard
- Fonction : Auteur
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- IdHAL : marianne-lemoine-goumard
- IdRef : 111693608
T. Lohse
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755171
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J. M. Martin
- Fonction : Auteur
O. Martineau-Huynh
- Fonction : Auteur
A. Marcowith
- Fonction : Auteur
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- IdHAL : alexandre-marcowith
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C. Masterson
- Fonction : Auteur
T. J. L. Mccomb
- Fonction : Auteur
M. de Naurois
- Fonction : Auteur
- PersonId : 755312
- IdHAL : mathieu-de-naurois
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D. Nedbal
- Fonction : Auteur
S. J. Nolan
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A. Noutsos
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K. J. Orford
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J. L. Osborne
- Fonction : Auteur
M. Ouchrif
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M. Panter
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G. Pühlhofer
- Fonction : Auteur
M. Punch
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- IdHAL : michael-punch
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B. C. Raubenheimer
- Fonction : Auteur
M. Raue
- Fonction : Auteur
S. M. Rayner
- Fonction : Auteur
A. Reimer
- Fonction : Auteur
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O. Reimer
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J. Ripken
- Fonction : Auteur
L. Rob
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L. Rolland
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G. Rowell
- Fonction : Auteur
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V. Sahakian
- Fonction : Auteur
S. Schlenker
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R. Schlickeiser
- Fonction : Auteur
U. Schwanke
- Fonction : Auteur
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D. Spangler
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F. Spanier
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C. Stegmann
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J.-P. Tavernet
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C. van Eldik
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C. Venter
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P. Vincent
- Fonction : Auteur
H. J. Völk
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S. J. Wagner
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M. Ward
- Fonction : Auteur
Résumé
New observations of LS 5039, a High Mass X-ray Binary comprising a massive star and compact object, were carried out with the High Energy Stereoscopic System of Cherenkov Telescopes (H.E.S.S.) in 2005 at very high energy (VHE) gamma-ray energies. These observations reveal that its flux and energy spectrum are modulated with the 3.9 day orbital period of the binary system. This is the first time in gamma-ray astronomy that orbital modulation has been observed, and periodicity clearly established using ground-based gamma-ray detectors. The VHE gamma-ray emission is largely confined to half of the orbit, peaking around the inferior conjunction epoch of the compact object. For this epoch, there is also a hardening of the energy spectrum in the energy range between 0.2 TeV and a few TeV. The flux vs. orbital phase profile provides the first clear indication of gamma-ray absorption via pair production within an astrophysical source, a process which is expected to occur if the gamma-ray production site is situated within ~1 AU of the compact object. Moreover the production region size must be not significantly greater than the binary separation (~0.15 AU). Notably, these constraints are also considerably smaller than the collimated outflows or jets (extending out to ~1000 AU) observed in LS 5039. The spectral hardening could arise from variations with phase in the maximum electron energies, and/or the dominant VHE gamma-ray production mechanism.