Search for Spectral Irregularities due to Photon–axionlike-particle Oscillations with the Fermi Large Area Telescope

Authors

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
B. Anderson, Stockholm University, The Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, AlbaNova
L. Baldini, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Università di Pisa and Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
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, Stanford University
E. D. Bloom, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
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
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
R. A. Cameron, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
M. Caragiulo, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Università e del Politecnico di Bari
P. A. Caraveo, INAF-Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica
C. Cecchi, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia, Università degli Studi di Perugia
A. Chekhtman, George Mason University, Naval Research Laboratory
S. Ciprini, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia, Agenzia Spaziale Italiana (ASI) Science Data Center
J. Cohen-Tanugi, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, Université Montpellier
J. Conrad, Stockholm University, The Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, AlbaNova
F. Costanza, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
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, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Università di Udine
M. Di Mauro, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
L. Di Venere, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Università e del Politecnico di Bari
A. Domínguez, Clemson University, Kinard Lab of Physics
P. S. Drell, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
C. Favuzzi, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Università e del Politecnico di Bari
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
Y. Fukazawa, Hiroshima University
S. Funk, Erlangen Centre for Astroparticle Physics
P. Fusco, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Università e del Politecnico di Bari
F. Gargano, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
D. Gasparrini, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia, Agenzia Spaziale Italiana (ASI) Science Data Center
N. Giglietto, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Università e del Politecnico di Bari
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
S. Guiriec, NASA Goddard Space Flight Center
D. Horan, Laboratoire Leprince-Ringuet, École polytechnique
G. Jóhannesson, Science Institute, University of Iceland
M. Katsuragawa, Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency
S. Kensei, Hiroshima University
M. Kuss, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
S. Larsson, The Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, KTH Royal Institute of Technology
L. Latronico, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino
J. Li, Institute of Space Sciences (IEEC-CSIC)
L. Li, The Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, KTH Royal Institute of Technology, AlbaNova
F. Longo, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste, Università di Trieste
F. Loparco, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Università e del Politecnico di Bari
P. Lubrano, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia
G. M. Madejski, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
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
M. Meyer, Stockholm University, The Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, AlbaNova
P. F. Michelson, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
N. Mirabal, NASA Goddard Space Flight Center
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,"
I. V. Moskalenko, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
S. Murgia, Center for Cosmology, University of California
M. Negro, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, Università degli Studi di Torino
E. Nuss, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, Université Montpellier
C. Okada, Hiroshima University
E. Orlando, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
J. F. Ormes, University of DenverFollow
D. Paneque, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Max-Planck-Institut für Physik,
J. S. Perkins, NASA Goddard Space Flight Center
M. Pesce-Rollins, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
F. Piron, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier, Université Montpellier
G. Pivato, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
T. A. Porter, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
S. Rainò, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Università e del Politecnico 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
A. Reimer, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University, Institut für Astro- und Teilchenphysik and Institut für Theoretische Physik, Leopold-Franzens-Universität Innsbruck
M. Sánchez-Conde, Stockholm University, The Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, AlbaNova
C. Sgrò, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
D. Simone, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
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, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari, Università e del Politecnico 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. 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, Università degli Studi di Perugia
E. Troja, NASA Goddard Space Flight Center, University of Maryland
Y. Uchiyama, 3-34-1 Nishi-Ikebukuro, Toshima-ku
K. S. Wood, Space Science Division, Naval Research Laboratory
M. Wood, W. W. Hansen Experimental Physics Laboratory, Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, SLAC National Accelerator Laboratory, Stanford University
G. Zaharijas, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Trieste, and Università di Trieste, Laboratory for Astroparticle Physics, University of Nova Gorica
S. Zimmer, Stockholm University, The Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, AlbaNova
Fermi-LAT Collaboration

Publication Date

4-20-2016

Document Type

Article

Organizational Units

Physics and Astronomy

Keywords

High Energy Astrophysical Phenomena (astro-ph.HE), High energy physics, Phenomenology (hep-ph)

Abstract

We report on the search for spectral irregularities induced by oscillations between photons and axionlike-particles (ALPs) in the γ-ray spectrum of NGC 1275, the central galaxy of the Perseus cluster. Using 6 years of Fermi Large Area Telescope data, we find no evidence for ALPs and exclude couplings above 5×10^{-12} GeV^{-1} for ALP masses 0.5≲m_{a}≲5 neV at 95% confidence. The limits are competitive with the sensitivity of planned laboratory experiments, and, together with other bounds, strongly constrain the possibility that ALPs can reduce the γ-ray opacity of the Universe.

Publication Statement

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Recommended Citation

Ajello, M, et al. “Search for Spectral Irregularities Due to Photon-Axionlike-Particle Oscillations with the Fermi Large Area Telescope.” Physical Review Letters, vol. 116, no. 16, 2016, p. 161101. doi: 10.1103/physrevlett.116.161101.