Cover Image

Constraining the Cosmic-ray Energy Based on Observations of Nearby Galaxy Clusters by LHAASO

Fuente: arXiv

Saved in:

Bibliographic Details
Main Authors:	The LHAASO Collaboration, Cao, Zhen, Aharonian, F., Bai, Y. X., Bao, Y. W., Bastieri, D., Bi, X. J., Bi, Y. J., Bian, W., Blunier, J., Bukevich, A. V., Cai, C. M., Cai, Y. Y., Cao, W. Y., Cao, Zhe, Chang, J., Chang, J. F., Chen, E. S., Chen, G. H., Chen, H. K., Chen, L. F., Chen, Liang, Chen, Long, Chen, M. J., Chen, M. L., Chen, Q. H., Chen, S., Chen, S. H., Chen, S. Z., Chen, T. L., Chen, X. B., Chen, X. J., Chen, X. P., Chen, Y., Cheng, N., Cheng, Q. Y., Cheng, Y. D., Cui, M. Y., Cui, S. W., Cui, X. H., Cui, Y. D., Dai, B. Z., Dai, H. L., Dai, Z. G., Danzengluobu, Diao, Y. X., Dong, A. J., Dong, X. Q., Duan, K. K., Fan, J. H., Fan, Y. Z., Fang, J., Fang, J. H., Fang, K., Feng, C. F., Feng, H., Feng, L., Feng, S. H., Feng, X. T., Feng, Y., Feng, Y. L., Gabici, S., Gao, B., Gao, Q., Gao, W., Gao, W. K., Ge, M. M., Ge, T. T., Geng, L. S., Giacinti, G., Gong, G. H., Gou, Q. B., Gu, M. H., Guo, F. L., Guo, J., Guo, K. J., Guo, X. L., Guo, Y. Q., Guo, Y. Y., Han, R. P., Hannuksela, O. A., Hasan, M., He, H. H., He, H. N., He, J. Y., He, X. Y., He, Y., Hernández-Cadena, S., Hou, B. W., Hou, C., Hou, X., Hu, H. B., Hu, S. C., Huang, C., Huang, D. H., Huang, J. J., Huang, X. L., Huang, X. T., Huang, X. Y., Huang, Y., Huang, Y. Y., Inventar, A., Ji, X. L., Jia, H. Y., Jia, K., Jiang, H. B., Jiang, K., Jiang, X. W., Jiang, Z. J., Jin, M., Kaci, S., Kang, M. M., Karpikov, I., Khangulyan, D., Kuleshov, D., Kurinov, K., Li, Cheng, Li, Cong, Li, D., Li, F., Li, H. B., Li, H. C., Li, Jian, Li, Jie, Li, K., Li, L., Li, R. L., Li, S. D., Li, T. Y., Li, W. L., Li, X. R., Li, Xin, Li, Y., Li, Zhe, Li, Zhuo, Liang, E. W., Liang, Y. F., Lin, S. J., Liu, B., Liu, C., Liu, D., Liu, D. B., Liu, H., Liu, J., Liu, J. L., Liu, J. R., Liu, M. Y., Liu, R. Y., Liu, S. M., Liu, W., Liu, X., Liu, Y., Liu, Y. N., Lou, Y. Q., Luo, Q., Luo, Y., Lv, H. K., Ma, B. Q., Ma, L. L., Ma, X. H., Maliy, I. O., Mao, J. R., Min, Z., Mitthumsiri, W., Mizuno, Y., Mou, G. B., Neronov, A., Ng, K. C. Y., Ni, M. Y., Nie, L., Ou, L. J., Ou, Z. W., Pattarakijwanich, P., Pei, Z. Y., Peng, D. Y., Qi, J. C., Qi, M. Y., Qin, J. J., Qu, D., Raza, A., Ren, C. Y., Ruffolo, D., Sáiz, A., Savchenko, D., Semikoz, D., Shao, L., Shchegolev, O., Shen, Y. Z., Sheng, X. D., Shi, Z. D., Shu, F. W., Song, H. C., Stenkin, Yu. V., Stepanov, V., Su, Y., Sun, D. X., Sun, H., Sun, J. X., Sun, Q. N., Sun, X. N., Sun, Z. B., Tabasam, N. H., Takata, J., Tam, P. H. T., Tan, H. B., Tang, Q. W., Tang, R., Tang, Z. B., Tian, W. W., Tong, C. N., Wan, L. H., Wang, C., Wang, D. H., Wang, G. W., Wang, H. G., Wang, J. C., Wang, K., Wang, Kai, Wang, L. P., Wang, L. Y., Wang, R., Wang, W., Wang, X. G., Wang, X. J., Wang, X. Y., Wang, Y., Wang, Y. D., Wang, Z. H., Wang, Z. X., Wang, Zheng, Wei, D. M., Wei, J. J., Wei, Y. J., Wen, T., Weng, S. S., Wu, C. Y., Wu, H. R., Wu, Q. W., Wu, S., Wu, X. F., Wu, Y. S., Xi, S. Q., Xia, J., Xia, J. J., Xiang, G. M., Xiao, D. X., Xiao, G., Xiao, Y. F., Xin, Y. L., Xing, H. D., Xing, Y., Xiong, D. R., Xu, B. N., Xu, C. Y., Xu, D. L., Xu, R. F., Xu, R. X., Xu, S. S., Xu, W. L., Xue, L., Yan, D. H., Yan, T., Yang, C. W., Yang, C. Y., Yang, F. F., Yang, L. L., Yang, M. J., Yang, R. Z., Yang, W. X., Yang, Z. H., Yao, Z. G., Ye, X. A., Yin, L. Q., Yin, N., You, X. H., You, Z. Y., Yuan, Q., Yue, H., Zeng, H. D., Zeng, T. X., Zeng, W., Zeng, X. T., Zha, M., Zhang, B. B., Zhang, B. T., Zhang, C., Zhang, H., Zhang, H. M., Zhang, H. Y., Zhang, J. L., Zhang, J. Y., Zhang, Li, Zhang, P. F., Zhang, R., Zhang, S. R., Zhang, S. S., Zhang, S. Y., Zhang, W., Zhang, W. Y., Zhang, X., Zhang, X. P., Zhang, Yi, Zhang, Yong, Zhang, Z. P., Zhao, J., Zhao, L., Zhao, L. Z., Zhao, S. P., Zhao, X. H., Zhao, Z. H., Zheng, F., Zheng, T. C., Zhou, B., Zhou, H., Zhou, J. N., Zhou, M., Zhou, P., Zhou, R., Zhou, X. X., Zhu, B. Y., Zhu, C. G., Zhu, F. R., Zhu, H., Zhu, K. J., Zou, Y. C., Zuo, X.
Format:	Preprint
Published:	2025
Subjects:	High Energy Astrophysical Phenomena
Online Access:	Acceder al recurso
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!

_version_	1866918273513160704
author	The LHAASO Collaboration Cao, Zhen Aharonian, F. Bai, Y. X. Bao, Y. W. Bastieri, D. Bi, X. J. Bi, Y. J. Bian, W. Blunier, J. Bukevich, A. V. Cai, C. M. Cai, Y. Y. Cao, W. Y. Cao, Zhe Chang, J. Chang, J. F. Chen, E. S. Chen, G. H. Chen, H. K. Chen, L. F. Chen, Liang Chen, Long Chen, M. J. Chen, M. L. Chen, Q. H. Chen, S. Chen, S. H. Chen, S. Z. Chen, T. L. Chen, X. B. Chen, X. J. Chen, X. P. Chen, Y. Cheng, N. Cheng, Q. Y. Cheng, Y. D. Cui, M. Y. Cui, S. W. Cui, X. H. Cui, Y. D. Dai, B. Z. Dai, H. L. Dai, Z. G. Danzengluobu Diao, Y. X. Dong, A. J. Dong, X. Q. Duan, K. K. Fan, J. H. Fan, Y. Z. Fang, J. Fang, J. H. Fang, K. Feng, C. F. Feng, H. Feng, L. Feng, S. H. Feng, X. T. Feng, Y. Feng, Y. L. Gabici, S. Gao, B. Gao, Q. Gao, W. Gao, W. K. Ge, M. M. Ge, T. T. Geng, L. S. Giacinti, G. Gong, G. H. Gou, Q. B. Gu, M. H. Guo, F. L. Guo, J. Guo, K. J. Guo, X. L. Guo, Y. Q. Guo, Y. Y. Han, R. P. Hannuksela, O. A. Hasan, M. He, H. H. He, H. N. He, J. Y. He, X. Y. He, Y. Hernández-Cadena, S. Hou, B. W. Hou, C. Hou, X. Hu, H. B. Hu, S. C. Huang, C. Huang, D. H. Huang, J. J. Huang, X. L. Huang, X. T. Huang, X. Y. Huang, Y. Huang, Y. Y. Inventar, A. Ji, X. L. Jia, H. Y. Jia, K. Jiang, H. B. Jiang, K. Jiang, X. W. Jiang, Z. J. Jin, M. Kaci, S. Kang, M. M. Karpikov, I. Khangulyan, D. Kuleshov, D. Kurinov, K. Li, Cheng Li, Cong Li, D. Li, F. Li, H. B. Li, H. C. Li, Jian Li, Jie Li, K. Li, L. Li, R. L. Li, S. D. Li, T. Y. Li, W. L. Li, X. R. Li, Xin Li, Y. Li, Zhe Li, Zhuo Liang, E. W. Liang, Y. F. Lin, S. J. Liu, B. Liu, C. Liu, D. Liu, D. B. Liu, H. Liu, J. Liu, J. L. Liu, J. R. Liu, M. Y. Liu, R. Y. Liu, S. M. Liu, W. Liu, X. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. N. Lou, Y. Q. Luo, Q. Luo, Y. Lv, H. K. Ma, B. Q. Ma, L. L. Ma, X. H. Maliy, I. O. Mao, J. R. Min, Z. Mitthumsiri, W. Mizuno, Y. Mou, G. B. Neronov, A. Ng, K. C. Y. Ni, M. Y. Nie, L. Ou, L. J. Ou, Z. W. Pattarakijwanich, P. Pei, Z. Y. Peng, D. Y. Qi, J. C. Qi, M. Y. Qin, J. J. Qu, D. Raza, A. Ren, C. Y. Ruffolo, D. Sáiz, A. Savchenko, D. Semikoz, D. Shao, L. Shchegolev, O. Shen, Y. Z. Sheng, X. D. Shi, Z. D. Shu, F. W. Song, H. C. Stenkin, Yu. V. Stepanov, V. Su, Y. Sun, D. X. Sun, H. Sun, J. X. Sun, Q. N. Sun, X. N. Sun, Z. B. Tabasam, N. H. Takata, J. Tam, P. H. T. Tan, H. B. Tang, Q. W. Tang, R. Tang, Z. B. Tian, W. W. Tong, C. N. Wan, L. H. Wang, C. Wang, D. H. Wang, G. W. Wang, H. G. Wang, J. C. Wang, K. Wang, Kai Wang, Kai Wang, L. P. Wang, L. Y. Wang, L. Y. Wang, R. Wang, W. Wang, X. G. Wang, X. J. Wang, X. Y. Wang, Y. Wang, Y. D. Wang, Z. H. Wang, Z. X. Wang, Zheng Wei, D. M. Wei, J. J. Wei, Y. J. Wen, T. Weng, S. S. Wu, C. Y. Wu, H. R. Wu, Q. W. Wu, S. Wu, X. F. Wu, Y. S. Xi, S. Q. Xia, J. Xia, J. J. Xiang, G. M. Xiao, D. X. Xiao, G. Xiao, Y. F. Xin, Y. L. Xing, H. D. Xing, Y. Xiong, D. R. Xu, B. N. Xu, C. Y. Xu, D. L. Xu, R. F. Xu, R. X. Xu, S. S. Xu, W. L. Xue, L. Yan, D. H. Yan, T. Yang, C. W. Yang, C. Y. Yang, F. F. Yang, L. L. Yang, M. J. Yang, R. Z. Yang, W. X. Yang, Z. H. Yao, Z. G. Ye, X. A. Yin, L. Q. Yin, N. You, X. H. You, Z. Y. Yuan, Q. Yue, H. Zeng, H. D. Zeng, T. X. Zeng, W. Zeng, X. T. Zha, M. Zhang, B. B. Zhang, B. T. Zhang, C. Zhang, H. Zhang, H. M. Zhang, H. Y. Zhang, J. L. Zhang, J. Y. Zhang, Li Zhang, P. F. Zhang, R. Zhang, S. R. Zhang, S. S. Zhang, S. Y. Zhang, W. Zhang, W. Y. Zhang, X. Zhang, X. P. Zhang, Yi Zhang, Yong Zhang, Z. P. Zhao, J. Zhao, L. Zhao, L. Z. Zhao, S. P. Zhao, X. H. Zhao, Z. H. Zheng, F. Zheng, T. C. Zhou, B. Zhou, H. Zhou, J. N. Zhou, M. Zhou, P. Zhou, R. Zhou, X. X. Zhou, X. X. Zhu, B. Y. Zhu, C. G. Zhu, F. R. Zhu, H. Zhu, K. J. Zou, Y. C. Zuo, X.
author_facet	The LHAASO Collaboration Cao, Zhen Aharonian, F. Bai, Y. X. Bao, Y. W. Bastieri, D. Bi, X. J. Bi, Y. J. Bian, W. Blunier, J. Bukevich, A. V. Cai, C. M. Cai, Y. Y. Cao, W. Y. Cao, Zhe Chang, J. Chang, J. F. Chen, E. S. Chen, G. H. Chen, H. K. Chen, L. F. Chen, Liang Chen, Long Chen, M. J. Chen, M. L. Chen, Q. H. Chen, S. Chen, S. H. Chen, S. Z. Chen, T. L. Chen, X. B. Chen, X. J. Chen, X. P. Chen, Y. Cheng, N. Cheng, Q. Y. Cheng, Y. D. Cui, M. Y. Cui, S. W. Cui, X. H. Cui, Y. D. Dai, B. Z. Dai, H. L. Dai, Z. G. Danzengluobu Diao, Y. X. Dong, A. J. Dong, X. Q. Duan, K. K. Fan, J. H. Fan, Y. Z. Fang, J. Fang, J. H. Fang, K. Feng, C. F. Feng, H. Feng, L. Feng, S. H. Feng, X. T. Feng, Y. Feng, Y. L. Gabici, S. Gao, B. Gao, Q. Gao, W. Gao, W. K. Ge, M. M. Ge, T. T. Geng, L. S. Giacinti, G. Gong, G. H. Gou, Q. B. Gu, M. H. Guo, F. L. Guo, J. Guo, K. J. Guo, X. L. Guo, Y. Q. Guo, Y. Y. Han, R. P. Hannuksela, O. A. Hasan, M. He, H. H. He, H. N. He, J. Y. He, X. Y. He, Y. Hernández-Cadena, S. Hou, B. W. Hou, C. Hou, X. Hu, H. B. Hu, S. C. Huang, C. Huang, D. H. Huang, J. J. Huang, X. L. Huang, X. T. Huang, X. Y. Huang, Y. Huang, Y. Y. Inventar, A. Ji, X. L. Jia, H. Y. Jia, K. Jiang, H. B. Jiang, K. Jiang, X. W. Jiang, Z. J. Jin, M. Kaci, S. Kang, M. M. Karpikov, I. Khangulyan, D. Kuleshov, D. Kurinov, K. Li, Cheng Li, Cong Li, D. Li, F. Li, H. B. Li, H. C. Li, Jian Li, Jie Li, K. Li, L. Li, R. L. Li, S. D. Li, T. Y. Li, W. L. Li, X. R. Li, Xin Li, Y. Li, Zhe Li, Zhuo Liang, E. W. Liang, Y. F. Lin, S. J. Liu, B. Liu, C. Liu, D. Liu, D. B. Liu, H. Liu, J. Liu, J. L. Liu, J. R. Liu, M. Y. Liu, R. Y. Liu, S. M. Liu, W. Liu, X. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. N. Lou, Y. Q. Luo, Q. Luo, Y. Lv, H. K. Ma, B. Q. Ma, L. L. Ma, X. H. Maliy, I. O. Mao, J. R. Min, Z. Mitthumsiri, W. Mizuno, Y. Mou, G. B. Neronov, A. Ng, K. C. Y. Ni, M. Y. Nie, L. Ou, L. J. Ou, Z. W. Pattarakijwanich, P. Pei, Z. Y. Peng, D. Y. Qi, J. C. Qi, M. Y. Qin, J. J. Qu, D. Raza, A. Ren, C. Y. Ruffolo, D. Sáiz, A. Savchenko, D. Semikoz, D. Shao, L. Shchegolev, O. Shen, Y. Z. Sheng, X. D. Shi, Z. D. Shu, F. W. Song, H. C. Stenkin, Yu. V. Stepanov, V. Su, Y. Sun, D. X. Sun, H. Sun, J. X. Sun, Q. N. Sun, X. N. Sun, Z. B. Tabasam, N. H. Takata, J. Tam, P. H. T. Tan, H. B. Tang, Q. W. Tang, R. Tang, Z. B. Tian, W. W. Tong, C. N. Wan, L. H. Wang, C. Wang, D. H. Wang, G. W. Wang, H. G. Wang, J. C. Wang, K. Wang, Kai Wang, Kai Wang, L. P. Wang, L. Y. Wang, L. Y. Wang, R. Wang, W. Wang, X. G. Wang, X. J. Wang, X. Y. Wang, Y. Wang, Y. D. Wang, Z. H. Wang, Z. X. Wang, Zheng Wei, D. M. Wei, J. J. Wei, Y. J. Wen, T. Weng, S. S. Wu, C. Y. Wu, H. R. Wu, Q. W. Wu, S. Wu, X. F. Wu, Y. S. Xi, S. Q. Xia, J. Xia, J. J. Xiang, G. M. Xiao, D. X. Xiao, G. Xiao, Y. F. Xin, Y. L. Xing, H. D. Xing, Y. Xiong, D. R. Xu, B. N. Xu, C. Y. Xu, D. L. Xu, R. F. Xu, R. X. Xu, S. S. Xu, W. L. Xue, L. Yan, D. H. Yan, T. Yang, C. W. Yang, C. Y. Yang, F. F. Yang, L. L. Yang, M. J. Yang, R. Z. Yang, W. X. Yang, Z. H. Yao, Z. G. Ye, X. A. Yin, L. Q. Yin, N. You, X. H. You, Z. Y. Yuan, Q. Yue, H. Zeng, H. D. Zeng, T. X. Zeng, W. Zeng, X. T. Zha, M. Zhang, B. B. Zhang, B. T. Zhang, C. Zhang, H. Zhang, H. M. Zhang, H. Y. Zhang, J. L. Zhang, J. Y. Zhang, Li Zhang, P. F. Zhang, R. Zhang, S. R. Zhang, S. S. Zhang, S. Y. Zhang, W. Zhang, W. Y. Zhang, X. Zhang, X. P. Zhang, Yi Zhang, Yong Zhang, Z. P. Zhao, J. Zhao, L. Zhao, L. Z. Zhao, S. P. Zhao, X. H. Zhao, Z. H. Zheng, F. Zheng, T. C. Zhou, B. Zhou, H. Zhou, J. N. Zhou, M. Zhou, P. Zhou, R. Zhou, X. X. Zhou, X. X. Zhu, B. Y. Zhu, C. G. Zhu, F. R. Zhu, H. Zhu, K. J. Zou, Y. C. Zuo, X.
contents	Galaxy clusters act as reservoirs of high-energy cosmic rays (CRs). As CRs propagate through the intracluster medium, they generate diffuse $γ$-rays detectable by arrays such as LHAASO. These $γ$-rays result from proton-proton ($pp$) collisions of very high-energy cosmic rays (VHECRs) or inverse Compton (IC) scattering of positron-electron pairs created by $pγ$ interactions of ultra-high-energy cosmic rays (UHECRs). We analyzed diffuse $γ$-ray emission from the Coma, Perseus, and Virgo clusters using LHAASO data. Diffuse emission was modeled as a disk of radius $R_{500}$ for each cluster while accounting for point sources. No significant diffuse emission was detected, yielding 95\% confidence level (C.L.) upper limits on the $γ$-ray flux: for WCDA (1-25~TeV) and KM2A ($>25$~TeV), less than $(49.4, 13.7, 54.0)$ and $(1.34, 1.14, 0.40) \times 10^{-14}$~ph~cm$^{-2}$~s$^{-1}$ for Coma, Perseus, and Virgo, respectively. The $γ$-ray upper limits can be used to derive model-independent constraints on the integral energy of CRp above 10~TeV (corresponding to the LHAASO observational range $>1$~TeV under the $pp$ scenario) to be less than $(1.96, 0.59, 0.08) \times 10^{61}$~erg. The absence of detectable annuli/ring-like structures, indicative of cluster accretion or merging shocks, imposes further constraints on models in which the UHECRs are accelerated in the merging shocks of galaxy clusters.
format	Preprint
id	arxiv_https___arxiv_org_abs_2502_16499
institution	arXiv
publishDate	2025
record_format	arxiv
spellingShingle	Constraining the Cosmic-ray Energy Based on Observations of Nearby Galaxy Clusters by LHAASO The LHAASO Collaboration Cao, Zhen Aharonian, F. Bai, Y. X. Bao, Y. W. Bastieri, D. Bi, X. J. Bi, Y. J. Bian, W. Blunier, J. Bukevich, A. V. Cai, C. M. Cai, Y. Y. Cao, W. Y. Cao, Zhe Chang, J. Chang, J. F. Chen, E. S. Chen, G. H. Chen, H. K. Chen, L. F. Chen, Liang Chen, Long Chen, M. J. Chen, M. L. Chen, Q. H. Chen, S. Chen, S. H. Chen, S. Z. Chen, T. L. Chen, X. B. Chen, X. J. Chen, X. P. Chen, Y. Cheng, N. Cheng, Q. Y. Cheng, Y. D. Cui, M. Y. Cui, S. W. Cui, X. H. Cui, Y. D. Dai, B. Z. Dai, H. L. Dai, Z. G. Danzengluobu Diao, Y. X. Dong, A. J. Dong, X. Q. Duan, K. K. Fan, J. H. Fan, Y. Z. Fang, J. Fang, J. H. Fang, K. Feng, C. F. Feng, H. Feng, L. Feng, S. H. Feng, X. T. Feng, Y. Feng, Y. L. Gabici, S. Gao, B. Gao, Q. Gao, W. Gao, W. K. Ge, M. M. Ge, T. T. Geng, L. S. Giacinti, G. Gong, G. H. Gou, Q. B. Gu, M. H. Guo, F. L. Guo, J. Guo, K. J. Guo, X. L. Guo, Y. Q. Guo, Y. Y. Han, R. P. Hannuksela, O. A. Hasan, M. He, H. H. He, H. N. He, J. Y. He, X. Y. He, Y. Hernández-Cadena, S. Hou, B. W. Hou, C. Hou, X. Hu, H. B. Hu, S. C. Huang, C. Huang, D. H. Huang, J. J. Huang, X. L. Huang, X. T. Huang, X. Y. Huang, Y. Huang, Y. Y. Inventar, A. Ji, X. L. Jia, H. Y. Jia, K. Jiang, H. B. Jiang, K. Jiang, X. W. Jiang, Z. J. Jin, M. Kaci, S. Kang, M. M. Karpikov, I. Khangulyan, D. Kuleshov, D. Kurinov, K. Li, Cheng Li, Cong Li, D. Li, F. Li, H. B. Li, H. C. Li, Jian Li, Jie Li, K. Li, L. Li, R. L. Li, S. D. Li, T. Y. Li, W. L. Li, X. R. Li, Xin Li, Y. Li, Zhe Li, Zhuo Liang, E. W. Liang, Y. F. Lin, S. J. Liu, B. Liu, C. Liu, D. Liu, D. B. Liu, H. Liu, J. Liu, J. L. Liu, J. R. Liu, M. Y. Liu, R. Y. Liu, S. M. Liu, W. Liu, X. Liu, Y. Liu, Y. Liu, Y. N. Lou, Y. Q. Luo, Q. Luo, Y. Lv, H. K. Ma, B. Q. Ma, L. L. Ma, X. H. Maliy, I. O. Mao, J. R. Min, Z. Mitthumsiri, W. Mizuno, Y. Mou, G. B. Neronov, A. Ng, K. C. Y. Ni, M. Y. Nie, L. Ou, L. J. Ou, Z. W. Pattarakijwanich, P. Pei, Z. Y. Peng, D. Y. Qi, J. C. Qi, M. Y. Qin, J. J. Qu, D. Raza, A. Ren, C. Y. Ruffolo, D. Sáiz, A. Savchenko, D. Semikoz, D. Shao, L. Shchegolev, O. Shen, Y. Z. Sheng, X. D. Shi, Z. D. Shu, F. W. Song, H. C. Stenkin, Yu. V. Stepanov, V. Su, Y. Sun, D. X. Sun, H. Sun, J. X. Sun, Q. N. Sun, X. N. Sun, Z. B. Tabasam, N. H. Takata, J. Tam, P. H. T. Tan, H. B. Tang, Q. W. Tang, R. Tang, Z. B. Tian, W. W. Tong, C. N. Wan, L. H. Wang, C. Wang, D. H. Wang, G. W. Wang, H. G. Wang, J. C. Wang, K. Wang, Kai Wang, Kai Wang, L. P. Wang, L. Y. Wang, L. Y. Wang, R. Wang, W. Wang, X. G. Wang, X. J. Wang, X. Y. Wang, Y. Wang, Y. D. Wang, Z. H. Wang, Z. X. Wang, Zheng Wei, D. M. Wei, J. J. Wei, Y. J. Wen, T. Weng, S. S. Wu, C. Y. Wu, H. R. Wu, Q. W. Wu, S. Wu, X. F. Wu, Y. S. Xi, S. Q. Xia, J. Xia, J. J. Xiang, G. M. Xiao, D. X. Xiao, G. Xiao, Y. F. Xin, Y. L. Xing, H. D. Xing, Y. Xiong, D. R. Xu, B. N. Xu, C. Y. Xu, D. L. Xu, R. F. Xu, R. X. Xu, S. S. Xu, W. L. Xue, L. Yan, D. H. Yan, T. Yang, C. W. Yang, C. Y. Yang, F. F. Yang, L. L. Yang, M. J. Yang, R. Z. Yang, W. X. Yang, Z. H. Yao, Z. G. Ye, X. A. Yin, L. Q. Yin, N. You, X. H. You, Z. Y. Yuan, Q. Yue, H. Zeng, H. D. Zeng, T. X. Zeng, W. Zeng, X. T. Zha, M. Zhang, B. B. Zhang, B. T. Zhang, C. Zhang, H. Zhang, H. M. Zhang, H. Y. Zhang, J. L. Zhang, J. Y. Zhang, Li Zhang, P. F. Zhang, R. Zhang, S. R. Zhang, S. S. Zhang, S. Y. Zhang, W. Zhang, W. Y. Zhang, X. Zhang, X. P. Zhang, Yi Zhang, Yong Zhang, Z. P. Zhao, J. Zhao, L. Zhao, L. Z. Zhao, S. P. Zhao, X. H. Zhao, Z. H. Zheng, F. Zheng, T. C. Zhou, B. Zhou, H. Zhou, J. N. Zhou, M. Zhou, P. Zhou, R. Zhou, X. X. Zhou, X. X. Zhu, B. Y. Zhu, C. G. Zhu, F. R. Zhu, H. Zhu, K. J. Zou, Y. C. Zuo, X. High Energy Astrophysical Phenomena Galaxy clusters act as reservoirs of high-energy cosmic rays (CRs). As CRs propagate through the intracluster medium, they generate diffuse $γ$-rays detectable by arrays such as LHAASO. These $γ$-rays result from proton-proton ($pp$) collisions of very high-energy cosmic rays (VHECRs) or inverse Compton (IC) scattering of positron-electron pairs created by $pγ$ interactions of ultra-high-energy cosmic rays (UHECRs). We analyzed diffuse $γ$-ray emission from the Coma, Perseus, and Virgo clusters using LHAASO data. Diffuse emission was modeled as a disk of radius $R_{500}$ for each cluster while accounting for point sources. No significant diffuse emission was detected, yielding 95\% confidence level (C.L.) upper limits on the $γ$-ray flux: for WCDA (1-25~TeV) and KM2A ($>25$~TeV), less than $(49.4, 13.7, 54.0)$ and $(1.34, 1.14, 0.40) \times 10^{-14}$~ph~cm$^{-2}$~s$^{-1}$ for Coma, Perseus, and Virgo, respectively. The $γ$-ray upper limits can be used to derive model-independent constraints on the integral energy of CRp above 10~TeV (corresponding to the LHAASO observational range $>1$~TeV under the $pp$ scenario) to be less than $(1.96, 0.59, 0.08) \times 10^{61}$~erg. The absence of detectable annuli/ring-like structures, indicative of cluster accretion or merging shocks, imposes further constraints on models in which the UHECRs are accelerated in the merging shocks of galaxy clusters.
title	Constraining the Cosmic-ray Energy Based on Observations of Nearby Galaxy Clusters by LHAASO
topic	High Energy Astrophysical Phenomena
url	https://arxiv.org/abs/2502.16499