Ограничения на популяцию космических лучей в радиогало галактики M87 по данным гамма-наблюдений

В этой статье мы представляем результаты поиска протяженного высокоэнергетического излучения вокруг M87 – центральной галактики в скоплении Девы. Галактика M87 содержит очень тяжелую сверхмассивную черную дыру, $M_{BH}>4\cdot10^{9}~M_{\odot}$, и в последние $100$ млн. лет переживает период повышенной активности, что привело к образованию полостей, которые являются заметными радио- и рентгеновскими источниками. Мы провели поиск в данных Fermi-LAT за $13$ лет в трех энергетических интервалах: $0.1$–$1$, $1$–$10$ и $10$–$100$ ГэВ. Ни в одном из интервалов не было обнаружено статистически значимого протяженного излучения, со слабым признаком сигнала (${\sim}\,2.5\sigma$) в последнем интервале ($10$–$100$ ГэВ). Мы использовали гамма-наблюдения, чтобы установить пределы на популяцию космических лучей в радиопузырях, ограничив их долю $X$ относительно тепловой энергии горячего газа. В зависимости от значения спектрального индекса, для электронов $X_e<(0.1{-}0.2)$, протоны ограничены на уровне $X_p<(0.2{-}0.5)$. Эти результаты подтверждают, что в смысле вклада в полную энергию космические лучи являются второстепенным компонентом радиопузырей, а основная доля энергии сосредоточена в горячем газе.