Upper limit on the cosmic-ray photon flux above 1019 eV using the surface detector of the Pierre Auger Observatory

J. Abraham, P. Abreu, M. Aglietta, C. Aguirre, D. Allard, I. Allekotte, J. Allen, P. Allison, J. Alvarez-Muñiz, M. Ambrosio, L. Anchordoqui, S. Andringa, A. Anzalone, C. Aramo, S. Argirò, K. Arisaka, E. Armengaud, F. Arneodo, F. Arqueros, T. AschH. Asorey, P. Assis, B. S. Atulugama, J. Aublin, M. Ave, G. Avila, T. Bäcker, D. Badagnani, A. F. Barbosa, D. Barnhill, S. L.C. Barroso, P. Bauleo, J. J. Beatty, T. Beau, B. R. Becker, K. H. Becker, J. A. Bellido, S. BenZvi, C. Berat, T. Bergmann, P. Bernardini, X. Bertou, P. L. Biermann, P. Billoir, O. Blanch-Bigas, F. Blanco, P. Blasi, C. Bleve, H. Blümer, M. Boháčová, C. Bonifazi, R. Bonino, M. Boratav, J. Brack, P. Brogueira, W. C. Brown, P. Buchholz, A. Bueno, R. E. Burton, N. G. Busca, K. S. Caballero-Mora, B. Cai, D. V. Camin, L. Caramete, R. Caruso, W. Carvalho, A. Castellina, O. Catalano, G. Cataldi, L. Cazon, R. Cester, J. Chauvin, A. Chiavassa, J. A. Chinellato, A. Chou, J. Chye, P. D.J. Clark, R. W. Clay, E. Colombo, R. Conceição, B. Connolly, F. Contreras, J. Coppens, A. Cordier, U. Cotti, S. Coutu, C. E. Covault, A. Creusot, A. Criss, J. Cronin, A. Curutiu, S. Dagoret-Campagne, K. Daumiller, B. R. Dawson, R. M. de Almeida, C. De Donato, S. J. de Jong, G. De La Vega, W. J.M. de Mello Junior, J. R.T. de Mello Neto, I. De Mitri, V. de Souza, L. del Peral, O. Deligny, A. Della Selva, C. Delle Fratte, H. Dembinski, C. Di Giulio, J. C. Diaz, C. Dobrigkeit, J. C. D'Olivo, D. Dornic, A. Dorofeev, J. C. dos Anjos, M. T. Dova, D. D'Urso, I. Dutan, M. A. DuVernois, R. Engel, L. Epele, M. Erdmann, C. O. Escobar, A. Etchegoyen, P. Facal San Luis, H. Falcke, G. Farrar, A. C. Fauth, N. Fazzini, F. Ferrer, S. Ferry, B. Fick, A. Filevich, A. Filipčič, I. Fleck, R. Fonte, C. E. Fracchiolla, W. Fulgione, B. García, D. García Gámez, D. Garcia-Pinto, X. Garrido, H. Geenen, G. Gelmini, H. Gemmeke, P. L. Ghia, M. Giller, H. Glass, M. S. Gold, G. Golup, F. Gomez Albarracin, M. Gómez Berisso, R. Gómez Herrero, P. Gonçalves, M. Gonçalves do Amaral, D. Gonzalez, J. G. Gonzalez, M. González, D. Góra, A. Gorgi, P. Gouffon, V. Grassi, A. F. Grillo, C. Grunfeld, Y. Guardincerri, F. Guarino, G. P. Guedes, J. Gutiérrez, J. D. Hague, J. C. Hamilton, P. Hansen, D. Harari, S. Harmsma, J. L. Harton, A. Haungs, T. Hauschildt, M. D. Healy, T. Hebbeker, G. Hebrero, D. Heck, C. Hojvat, V. C. Holmes, P. Homola, J. Hörandel, A. Horneffer, M. Horvat, M. Hrabovský, T. Huege, M. Hussain, M. Iarlori, A. Insolia, F. Ionita, A. Italiano, M. Kaducak, K. H. Kampert, T. Karova, B. Kégl, B. Keilhauer, E. Kemp, R. M. Kieckhafer, H. O. Klages, M. Kleifges, J. Kleinfeller, R. Knapik, J. Knapp, D. H. Koang, A. Krieger, O. Krömer, D. Kuempel, N. Kunka, A. Kusenko, G. La Rosa, C. Lachaud, B. L. Lago, D. Lebrun, P. Lebrun, J. Lee, M. A. Leigui de Oliveira, A. Letessier-Selvon, M. Leuthold, I. Lhenry-Yvon, R. López, A. Lopez Agüera, J. Lozano Bahilo, R. Luna García, M. C. Maccarone, C. Macolino, S. Maldera, G. Mancarella, M. E. Manceñido, D. Mandat, P. Mantsch, A. G. Mariazzi, I. C. Maris, H. R. Marquez Falcon, D. Martello, J. Martínez, O. Martínez Bravo, H. J. Mathes, J. Matthews, J. A.J. Matthews, G. Matthiae, D. Maurizio, P. O. Mazur, T. McCauley, M. McEwen, R. R. McNeil, M. C. Medina, G. Medina-Tanco, A. Meli, D. Melo, E. Menichetti, A. Menschikov, Chr Meurer, R. Meyhandan, M. I. Micheletti, G. Miele, W. Miller, S. Mollerach, M. Monasor, D. Monnier Ragaigne, F. Montanet, B. Morales, C. Morello, J. C. Moreno, C. Morris, M. Mostafá, M. A. Muller, R. Mussa, G. Navarra, J. L. Navarro, S. Navas, P. Necesal, L. Nellen, C. Newman-Holmes, D. Newton, N. T. Thao, N. Nierstenhoefer, D. Nitz, D. Nosek, L. Nožka, J. Oehlschläger, T. Ohnuki, A. Olinto, V. M. Olmos-Gilbaja, M. Ortiz, F. Ortolani, S. Ostapchenko, L. Otero, N. Pacheco, D. Pakk Selmi-Dei, M. Palatka, J. Pallotta, G. Parente, E. Parizot, S. Parlati, S. Pastor, M. Patel, T. Paul, V. Pavlidou, K. Payet, M. Pech, J. Pȩkala, R. Pelayo, I. M. Pepe, L. Perrone, S. Petrera, P. Petrinca, Y. Petrov, P. N. Diep, P. N. Dong, P. T. Nhung, A. Pichel, R. Piegaia, T. Pierog, M. Pimenta, T. Pinto, V. Pirronello, O. Pisanti, M. Platino, J. Pochon, P. Privitera, M. Prouza, E. J. Quel, J. Rautenberg, A. Redondo, S. Reucroft, B. Revenu, F. A.S. Rezende, J. Ridky, S. Riggi, M. Risse, C. Rivière, V. Rizi, M. Roberts, C. Robledo, G. Rodriguez, M. D. Rodríguez-Frías, J. Rodriguez Martino, J. Rodriguez Rojo, I. Rodriguez-Cabo, G. Ros, J. Rosado, M. Roth, C. Roucelle, B. Rouillé-d'Orfeuil, E. Roulet, A. C. Rovero, F. Salamida, H. Salazar, G. Salina, F. Sánchez, M. Santander, C. E. Santo, E. M. Santos, F. Sarazin, S. Sarkar, R. Sato, V. Scherini, H. Schieler, A. Schmidt, F. Schmidt, T. Schmidt, O. Scholten, P. Schovánek, F. Schüssler, S. J. Sciutto, M. Scuderi, A. Segreto, D. Semikoz, M. Settimo, R. C. Shellard, I. Sidelnik, B. B. Siffert, G. Sigl, N. Smetniansky De Grande, A. Smiałkowski, R. Šmída, A. G.K. Smith, B. E. Smith, G. R. Snow, P. Sokolsky, P. Sommers, J. Sorokin, H. Spinka, R. Squartini, E. Strazzeri, A. Stutz, F. Suarez, T. Suomijärvi, A. D. Supanitsky, M. S. Sutherland, J. Swain, Z. Szadkowski, J. Takahashi, A. Tamashiro, A. Tamburro, O. Taşcǎu, R. Tcaciuc, D. Thomas, R. Ticona, J. Tiffenberg, C. Timmermans, W. Tkaczyk, C. J. Todero Peixoto, B. Tomé, A. Tonachini, I. Torres, D. Torresi, P. Travnicek, A. Tripathi, G. Tristram, D. Tscherniakhovski, M. Tueros, V. Tunnicliffe, R. Ulrich, M. Unger, M. Urban, J. F. Valdés Galicia, I. Valiño, L. Valore, A. M. van den Berg, V. van Elewyck, R. A. Vázquez, D. Veberič, A. Veiga, A. Velarde, T. Venters, V. Verzi, M. Videla, L. Villaseñor, S. Vorobiov, L. Voyvodic, H. Wahlberg, O. Wainberg, P. Walker, D. Warner, A. A. Watson, S. Westerhoff, G. Wieczorek, L. Wiencke, B. Wilczyńska, H. Wilczyński, C. Wileman, M. G. Winnick, H. Wu, B. Wundheiler, T. Yamamoto, P. Younk, E. Zas, D. Zavrtanik, M. Zavrtanik, A. Zech, A. Zepeda, M. Ziolkowski

Research output: Contribution to journalArticle

180 Scopus citations

Abstract

A method is developed to search for air showers initiated by photons using data recorded by the surface detector of the Auger Observatory. The approach is based on observables sensitive to the longitudinal shower development, the signal risetime and the curvature of the shower front. Applying this method to the data, upper limits on the flux of photons of 3.8 × 10- 3, 2.5 × 10- 3, and 2.2 × 10- 3 km- 2 sr- 1 yr- 1 above 1019 eV, 2 × 1019 eV, and 4 × 1019 eV are derived, with corresponding limits on the fraction of photons being 2.0%, 5.1%, and 31% (all limits at 95% c.l.). These photon limits disfavor certain exotic models of sources of cosmic rays. The results also show that the approach adopted by the Auger Observatory to calibrate the shower energy is not strongly biased by a contamination from photons.

Original languageEnglish (US)
Pages (from-to)243-256
Number of pages14
JournalAstroparticle Physics
Volume29
Issue number4
DOIs
StatePublished - May 2008

All Science Journal Classification (ASJC) codes

  • Astronomy and Astrophysics

Fingerprint Dive into the research topics of 'Upper limit on the cosmic-ray photon flux above 10<sup>19</sup> eV using the surface detector of the Pierre Auger Observatory'. Together they form a unique fingerprint.

  • Cite this

    Abraham, J., Abreu, P., Aglietta, M., Aguirre, C., Allard, D., Allekotte, I., Allen, J., Allison, P., Alvarez-Muñiz, J., Ambrosio, M., Anchordoqui, L., Andringa, S., Anzalone, A., Aramo, C., Argirò, S., Arisaka, K., Armengaud, E., Arneodo, F., Arqueros, F., ... Ziolkowski, M. (2008). Upper limit on the cosmic-ray photon flux above 1019 eV using the surface detector of the Pierre Auger Observatory. Astroparticle Physics, 29(4), 243-256. https://doi.org/10.1016/j.astropartphys.2008.01.003