Measurement of the High-energy Gamma-ray Emission from the Moon with the Fermi Large Area Telescope

M. Ackermann, Deutsches Elektronen Synchrotron DESY
M. Ajello, Clemson University, Kinard Lab of Physics
A. Albert, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
W. B. Atwood, Santa Cruz Institute for Particle Physics, University of California at Santa Cruz
L. Baldini, Università di Pisa and Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa,W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
G. Barbiellini, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste, Università di Trieste
D. Bastieri, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova, Università di Padova
R. Bellazzini, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
E. Bissaldi, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
R. D. Blandford, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory
R. Bonino, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Università degli Studi di Torino
E. Bottacini, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
J. Bregeon, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, Université Montpellier
P. Bruel, Laboratoire Leprince-Ringuet, École polytechnique, CNRS/IN2P3
R. Buehler, Deutsches Elektronen Synchrotron DESY
G. A. Caliandro, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Consorzio Interuniversitario per la Fisica Spaziale (CIFS)
R. A. Cameron, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
M. Caragiulo, Università e del Politecnico di Bari, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
P. A. Caraveo, INAF-Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica
E. Cavazzuti, Agenzia Spaziale Italiana (ASI) Science Data Center
C. Cecchi, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia, Università degli Studi di Perugia
A. Chekhtman, George Mason University, Naval Research Laboratory
J. Chiang, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
G. Chiaro, Università di Padova
S. Ciprini, Agenzia Spaziale Italiana (ASI) Science Data Center, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia,
R. Claus, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
J. Cohen-Tanugi, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, Université Montpellier
F. Costanza, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
A. Cuoco, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Università degli Studi di Torino
S. Cutini, Agenzia Spaziale Italiana (ASI) Science Data Center, INAF Osservatorio Astronomico di Roma, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
F. D’Ammando, INAF Istituto di Radioastronomia, Università di Bologna
A. de Angelis, Università di Udine and Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste, Gruppo Collegato di Udine
F. de Palma, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Università Telematica Pegaso, Piazza Trieste e Trento
R. Desiante, Università di Udine, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
S. W. Digel, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
L. Di Venere, Università e del Politecnico di Bari,Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
P. S. Drell, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
C. Favuzzi, Università e del Politecnico di Bari, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
S. J. Fegan, Laboratoire Leprince-Ringuet, École polytechnique, CNRS/IN2P3
W. B. Focke, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
A. Franckowiak, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
S. Funk, Erlangen Centre for Astroparticle Physics
P. Fusco, Università e del Politecnico di Bari, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
F. Gargano, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
D. Gasparrini, Agenzia Spaziale Italiana (ASI) Science Data Center, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
N. Giglietto, Università e del Politecnico di Bari, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
F. Giordano, Dipartimento di Fisica “M. Merlin” dell’Università e del Politecnico di Bari, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
M. Giroletti, INAF Istituto di Radioastronomia
T. Glanzman, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
G. Godfrey, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
I. A. Grenier, Laboratoire AIM, CEA-IRFU/CNRS/Université Paris Diderot, Service d’Astrophysique
J. E. Grove, Space Science Division, Naval Research Laboratory
S. Guiriec, NASA Goddard Space Flight Center, NASA Postdoctoral Program Fellow
A. K. Harding, NASA Goddard Space Flight Center
J. W. Hewitt, University of North Florida
D. Horan, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, Université Montpellier
X. Hou, Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences, Key Laboratory for the Structure and Evolution of Celestial Objects, Chinese Academy of Sciences
G. Iafrate, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste, Osservatorio Astronomico di Trieste, Istituto Nazionale di Astrofisica
G. Jóhannesson, Science Institute, University of Iceland
T. Kamae, University of Tokyo
M. Kuss, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
S. Larsson, KTH Royal Institute of Technology, The Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, AlbaNova
L. Latronico, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
J. Li, Institute of Space Sciences (IEEC-CSIC)
L. Li, KTH Royal Institute of Technology, The Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, AlbaNova
F. Longo, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste, Università di Trieste
F. Loparco, Università e del Politecnico di Bari, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
M. N. Lovellette, Space Science Division, Naval Research Laboratory
P. Lubrano, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia, Università degli Studi di Perugia
J. Magill, University of Maryland
S. Maldera, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
A. Manfreda, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
M. Mayer, Deutsches Elektronen Synchrotron DESY
M. N. Mazziotta, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
P. F. Michelson, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
W. Mitthumsiri, Mahidol University
T. Mizuno, Hiroshima Astrophysical Science Center, Hiroshima University
M. E. Monzani, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
A. Morselli, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma “Tor Vergata”
S. Murgia, Center for Cosmology, University of California
E. Nuss, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, Université Montpellier
N. Omodei, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
E. Orlando, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, and SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
J. F. Ormes, University of DenverFollow
D. Paneque, Max-Planck-Institut für Physik, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
J. S. Perkins, NASA Goddard Space Flight Center
M. Pesce-Rollins, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
V. Petrosian, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
F. Piron, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, Université Montpellier
G. Pivato, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
S. Rainò, Università e del Politecnico di Bari, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
R. Rando, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Padova, Università di Padova
M. Razzano, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, Funded by contract FIRB-2012-RBFR12PM1F from the Italian Ministry of Education, University and Research (MIUR)
A. Reimer, Institut für Astro- und Teilchenphysik and Institut für Theoretische Physik, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
O. Reimer, Institut für Astro- und Teilchenphysik and Institut für Theoretische Physik, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
T. Reposeur, Centre d’Études Nucléaires de Bordeaux Gradignan
C. Sgrò, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa,
E. J. Siskind, NYCB Real-Time Computing Inc.
F. Spada, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
G. Spandre, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
P. Spinelli, Università e del Politecnico di Bari, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
H. Takahashi, Hiroshima University
J. B. Thayer, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
D. J. Thompson, NASA Goddard Space Flight Center
L. Tibaldo, Max-Planck-Institut für Kernphysik
D. F. Torres, Institute of Space Sciences (IEEC-CSIC), Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA)
G. Tosti, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia, Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Perugia
E. Troja, NASA Goddard Space Flight Center, University of Maryland
G. Vianello, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
B. L. Winer, Center for Cosmology and Astro-Particle Physics, The Ohio State University
K. S. Wood, Space Science Division, Naval Research Laboratory
M. Yassine, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, Université Montpellier
F. Cerutti, European Organization for Nuclear Research (CERN)
A. Ferrari, European Organization for Nuclear Research (CERN)
P. R. Sala, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano

Publication Date

4-8-2016

Document Type

Article

Organizational Units

Physics and Astronomy

Keywords

Cosmic ray sources, Cosmic rays & astroparticles, Gamma ray astronomy, Solar cycles

Abstract

We have measured the gamma-ray emission spectrum of the Moon using the data collected by the Large Area Telescope onboard the Fermi satellite during its first seven years of operation, in the energy range from 30 MeV up to a few GeV. We have also studied the time evolution of the flux, finding a correlation with the solar activity. We have developed a full Monte Carlo simulation describing the interactions of cosmic rays with the lunar surface. The results of the present analysis can be explained in the framework of this model, where the production of gamma rays is due to the interactions of cosmic-ray proton and helium nuclei with the surface of the Moon. Finally, we have used our simulation to derive the cosmic-ray proton and helium spectra near Earth from the Moon gamma-ray data.

Publication Statement

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