The Astrophysical Journal Letters (Jan 2024)

Detection of Very High-energy Gamma-Ray Emission from the Radio Galaxy M87 with LHAASO

  • Zhen Cao,
  • F. Aharonian,
  • Axikegu,
  • Y. X. Bai,
  • Y. W. Bao,
  • D. Bastieri,
  • X. J. Bi,
  • Y. J. Bi,
  • W. Bian,
  • A. V. Bukevich,
  • Q. Cao,
  • W. Y. Cao,
  • Zhe Cao,
  • J. Chang,
  • J. F. Chang,
  • A. M. Chen,
  • E. S. Chen,
  • H. X. Chen,
  • Liang Chen,
  • Lin Chen,
  • Long Chen,
  • M. J. Chen,
  • M. L. Chen,
  • Q. H. Chen,
  • S. Chen,
  • S. H. Chen,
  • S. Z. Chen,
  • T. L. 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,
  • 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,
  • Y. He,
  • Y. K. Hor,
  • B. W. Hou,
  • C. Hou,
  • X. Hou,
  • H. B. Hu,
  • Q. Hu,
  • S. C. Hu,
  • C. Huang,
  • D. H. 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,
  • M. M. Kang,
  • I. Karpikov,
  • D. Khangulyan,
  • D. Kuleshov,
  • K. Kurinov,
  • B. B. Li,
  • C. M. Li,
  • Cheng Li,
  • Cong Li,
  • D. Li,
  • F. Li,
  • H. B. Li,
  • H. C. Li,
  • Jian Li,
  • Jie Li,
  • K. Li,
  • S. D. Li,
  • W. L. 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,
  • M. Y. Liu,
  • R. Y. Liu,
  • S. M. Liu,
  • W. Liu,
  • Y. Liu,
  • Y. N. Liu,
  • Q. Luo,
  • Y. Luo,
  • H. K. Lv,
  • B. Q. Ma,
  • L. L. Ma,
  • X. H. Ma,
  • J. R. Mao,
  • Z. Min,
  • W. Mitthumsiri,
  • H. J. Mu,
  • Y. C. Nan,
  • A. Neronov,
  • K. C. Y. Ng,
  • L. J. Ou,
  • P. Pattarakijwanich,
  • Z. Y. Pei,
  • J. C. Qi,
  • M. Y. Qi,
  • B. Q. Qiao,
  • J. J. Qin,
  • A. Raza,
  • D. Ruffolo,
  • A. Sáiz,
  • M. Saeed,
  • D. Semikoz,
  • L. Shao,
  • O. Shchegolev,
  • X. D. Sheng,
  • F. W. Shu,
  • H. C. Song,
  • Yu. V. Stenkin,
  • V. Stepanov,
  • Y. Su,
  • D. X. Sun,
  • Q. N. Sun,
  • X. N. Sun,
  • Z. B. Sun,
  • J. Takata,
  • P. H. T. Tam,
  • Q. W. Tang,
  • R. Tang,
  • Z. B. Tang,
  • W. W. Tian,
  • L. H. Wan,
  • C. Wang,
  • C. B. Wang,
  • G. W. Wang,
  • H. G. Wang,
  • H. H. Wang,
  • J. C. Wang,
  • Kai Wang,
  • Kai Wang,
  • L. P. Wang,
  • L. Y. Wang,
  • P. H. Wang,
  • R. Wang,
  • W. Wang,
  • X. G. Wang,
  • X. Y. Wang,
  • Y. Wang,
  • Y. D. Wang,
  • Y. J. Wang,
  • Z. H. Wang,
  • Z. X. Wang,
  • Zhen Wang,
  • Zheng Wang,
  • D. M. Wei,
  • J. J. Wei,
  • Y. J. Wei,
  • T. Wen,
  • C. Y. Wu,
  • H. R. Wu,
  • Q. W. Wu,
  • S. Wu,
  • X. F. Wu,
  • Y. S. Wu,
  • S. Q. Xi,
  • 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. Yang,
  • F. F. Yang,
  • L. L. Yang,
  • M. J. Yang,
  • R. Z. Yang,
  • W. X. Yang,
  • Y. H. Yao,
  • Z. G. Yao,
  • 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,
  • F. Zhang,
  • H. Zhang,
  • H. M. Zhang,
  • H. Y. Zhang,
  • J. L. Zhang,
  • Li Zhang,
  • P. F. Zhang,
  • P. P. Zhang,
  • R. Zhang,
  • S. B. Zhang,
  • S. R. Zhang,
  • S. S. Zhang,
  • X. Zhang,
  • X. P. Zhang,
  • Y. F. Zhang,
  • Yi Zhang,
  • Yong Zhang,
  • B. Zhao,
  • J. Zhao,
  • L. Zhao,
  • L. Z. Zhao,
  • S. P. Zhao,
  • X. 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

DOI
https://doi.org/10.3847/2041-8213/ad8921
Journal volume & issue
Vol. 975, no. 2
p. L44

Abstract

Read online

The nearby radio galaxy M87 is a very high-energy (VHE) gamma-ray emitter established by observations with ground-based gamma-ray detectors. Here we report the long-term monitoring of M87 from 2021 to 2024 with the Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO). M87 has been detected by LHAASO with a statistical significance ∼ 9 σ . The observed energy spectrum extends to 20 TeV, with a possible hardening at ∼20 TeV and then a clear softening at higher energies. Assuming that the intrinsic spectrum is described by a single power law up to 20 TeV, a tight upper bound on the extragalactic background light intensity is obtained. A strong VHE flare lasting 8 days, with a rise time of ${\tau }_{r}^{\mathrm{rise}}=1.05\pm 0.49$ days and decay time of ${\tau }_{d}^{\mathrm{decay}}=2.17\pm 0.58$ days, was found in early 2022. A possible GeV flare is seen also in Fermi Large Area Telescope data during the VHE flare period. The variability time as short as 1 day seen in the LHAASO data suggests a compact emission region with a size of ∼3 × 10 ^15 δ cm ( δ being the Doppler factor of the emitting region), corresponding to a few Schwarzschild radii of the central supermassive black hole in M87. The continuous monitoring of the source reveals a duty cycle of ∼1% for VHE flares with a flux above 10 ^−11 erg cm ^−2 s ^−1 .

Keywords