Sensitivity of the Cherenkov Telescope Array to spectral signatures of hadronic PeVatrons with application to Galactic Supernova Remnants

Abstract

El espectro energético local de los rayos cósmicos exhibe un suavizado espectral a energías alrededor de los 3 PeV. Las fuentes capaces de acelerar hadrones a dichas energías se denominan PeVatrons hadrónicos. Sin embargo, aún no se han identificado de manera definitiva PeVatrons hadrónicos dentro de la galaxia. Se han propuesto varias clases de fuentes, incluidas las Remanentes de Supernova Galácticas (SNRs), como candidatas a PeVatrons. Se evalúa el potencial del Cherenkov Telescope Array (CTA) para buscar PeVatrons hadrónicos, enfocándose en el uso de firmas espectrales de rayos gamma de muy alta energía para su identificación. Bajo el supuesto de que las SNRs pueden acelerar rayos cósmicos hasta energías "rodilla" (punto característico en el espectro de rayos cósmicos), se estima el número de SNRs galácticas que podrían ser identificadas como PeVatrons con CTA dentro de un modelo de evolución de SNRs. Además, se investiga el potencial de una estrategia de observación de seguimiento bajo condiciones de luz lunar para la búsqueda de PeVatrons. Se introducen métodos estadísticos para la identificación de PeVatrons y se realizan simulaciones Monte Carlo realistas de la respuesta del observatorio CTA a los espectros de emisión de PeVatrons hadrónicos. Basado en simulaciones de un modelo simplificado para la evolución de SNRs, se espera que un escaneo del plano galáctico con CTA, tras 10 horas de exposición, permita detectar una señal de rayos gamma en un promedio de 9 SNRs galácticas como PeVatrons. Además, se demuestra que el CTA tiene un excelente potencial para confirmar estas fuentes como PeVatrons mediante observaciones más profundas, con exposiciones del orden de 100 horas por fuente.