A simple model is proposed for the emission of nucleons with velocities intermediate between those of the target and projectile. In this model, the nucleons which are mutually swept out from the target and projectile form a hot quasiequilibrated fireball which decays as an ideal gas. The overall features of the proton-inclusive spectra from 250- and 400-MeV/nucleon $^{20}\mathrm{Ne}$ ions and 400-MeV/nucleon $^{4}\mathrm{He}$ ions interacting with uranium are fitted without any adjustable parameters.

Exotic origin for cosmic positrons Several cosmic-ray detectors have found more positrons arriving at Earth than expected. Some researchers interpret this as a signature of exotic physics, such as the annihilation of dark matter particles. Others prefer a more mundane explanation that involves positron generation at pulsars followed by diffusion to Earth. Abeysekara et al. detected extended emission of gamma rays around two nearby pulsars, generated by high-energy electrons and positrons. The size of the extended emission was used to calculate how far positrons generated by the pulsars diffuse through space—which turns out to be insufficient to reach Earth. The excess positrons detected on Earth must therefore have a more exotic origin than nearby pulsars. Science , this issue p. 911

The energy spectra of protons and light nuclei produced by the interaction of $^{4}\mathrm{He}$ and $^{20}\mathrm{Ne}$ projectiles with Al and U targets have been investigated at incident energies ranging from 0.25 to 2.1 GeV per nucleon. Single fragment inclusive spectra have been obtained at angles between 25\ifmmode^\circ\else\textdegree\fi{} and 150\ifmmode^\circ\else\textdegree\fi{}, in the energy range from 30 to 150 MeV/nucleon. The multiplicity of intermediate and high energy charged particles was determined in coincidence with the measured fragments. In a separate study, fragment spectra were obtained in the evaporation energy range from $^{12}\mathrm{C}$ and $^{20}\mathrm{Ne}$ bombardment of uranium. We observe structureless, exponentially decaying spectra throughout the range of studied fragment masses. There is evidence for two major classes of fragments; one with emission at intermediate temperature from a system moving slowly in the lab frame, and the other with high temperature emission from a system propagating at a velocity intermediate between target and projectile. The high energy proton spectra are fairly well reproduced by a nuclear fireball model based on simple geometrical, kinematical, and statistical assumptions. Light cluster emission is also discussed in the framework of statistical models.NUCLEAR REACTIONS $\mathrm{U}(^{20}\mathrm{Ne},X)$, $E=250$ MeV/nucl.; $U(^{20}\mathrm{Ne},X)$, $U(\ensuremath{\alpha},X)$ $E=400$ MeV/nucl.; $\mathrm{U}(^{20}\mathrm{Ne},X)$, $\mathrm{Al}(^{20}\mathrm{Ne},X)$, $E=2.1$ GeV/nucl.; measured $\ensuremath{\sigma}(E,\ensuremath{\theta})$, $X=p,d,t,^{3}\mathrm{He},^{4}\mathrm{He}$. $\mathrm{U}(^{20}\mathrm{Ne},X)$, $U(\ensuremath{\alpha},X)$, $E=400$ MeV/nucl.; $U(^{20}\mathrm{Ne},X)$, $E=2.1$ GeV/nucl.; measured $\ensuremath{\sigma}(E,\ensuremath{\theta})$, Li to O. $\mathrm{U}(^{20}\mathrm{Ne},X)$, $U(^{12}\mathrm{C},X)$, $E=2.1$ GeV/nucl.; measured $\ensuremath{\sigma}(E,90\ifmmode^\circ\else\textdegree\fi{})$, $^{4}\mathrm{He}$ to B. Nuclear fireballs, coalescence, thermodynamics of light nuclei production.

Double-differential cross sections have been measured for high-energy $p$, $d$, $t$, $^{3}\mathrm{He}$, and $^{4}\mathrm{He}$ particles emitted from uranium targets irradiated with $^{20}\mathrm{Ne}$ ions at energies of 250, 400, and 2100 MeV/nucleon and $^{4}\mathrm{He}$ ions at 400 MeV/nucleon. By using the shape and yield of the proton energy spectra, the shape and yield of the $d$, $t$, $^{3}\mathrm{He}$, and $^{4}\mathrm{He}$ energy spectra can be deduced at all measured angles for all incident projectile energies by assuming that they are formed by a coalescence of cascade nucleons, using a model analogous to that of Butler and Pearson, and Schwarzschild and Zupan\ifmmode \check{c}\else \v{c}\fi{}i\ifmmode \check{c}\else \v{c}\fi{}.

The Crab Nebula is the brightest TeV gamma-ray source in the sky and has been used for the past 25 years as a reference source in TeV astronomy, for calibration and verification of new TeV instruments. The High Altitude Water Cherenkov Observatory (HAWC), completed in early 2015, has been used to observe the Crab Nebula at high significance across nearly the full spectrum of energies to which HAWC is sensitive. HAWC is unique for its wide field-of-view, nearly 2 sr at any instant, and its high-energy reach, up to 100 TeV. HAWC's sensitivity improves with the gamma-ray energy. Above $\sim$1 TeV the sensitivity is driven by the best background rejection and angular resolution ever achieved for a wide-field ground array. We present a time-integrated analysis of the Crab using 507 live days of HAWC data from 2014 November to 2016 June. The spectrum of the Crab is fit to a function of the form $ϕ(E) = ϕ_0 (E/E_{0})^{-α-β\cdot{\rm{ln}}(E/E_{0})}$. The data is well-fit with values of $α=2.63\pm0.03$, $β=0.15\pm0.03$, and log$_{10}(ϕ_0~{\rm{cm}^2}~{\rm{s}}~{\rm{TeV}})=-12.60\pm0.02$ when $E_{0}$ is fixed at 7 TeV and the fit applies between 1 and 37 TeV. Study of the systematic errors in this HAWC measurement is discussed and estimated to be $\pm$50\% in the photon flux between 1 and 37 TeV. Confirmation of the Crab flux serves to establish the HAWC instrument's sensitivity for surveys of the sky. The HAWC survey will exceed sensitivity of current-generation observatories and open a new view of 2/3 of the sky above 10 TeV.

We present the first catalog of TeV gamma-ray sources realized with the recently completed High Altitude Water Cherenkov Observatory (HAWC). It is the most sensitive wide field-of-view TeV telescope currently in operation, with a 1-year survey sensitivity of ~5-10% of the flux of the Crab Nebula. With an instantaneous field of view >1.5 sr and >90% duty cycle, it continuously surveys and monitors the sky for gamma ray energies between hundreds GeV and tens of TeV. HAWC is located in Mexico at a latitude of 19 degree North and was completed in March 2015. Here, we present the 2HWC catalog, which is the result of the first source search realized with the complete HAWC detector. Realized with 507 days of data and represents the most sensitive TeV survey to date for such a large fraction of the sky. A total of 39 sources were detected, with an expected contamination of 0.5 due to background fluctuation. Out of these sources, 16 are more than one degree away from any previously reported TeV source. The source list, including the position measurement, spectrum measurement, and uncertainties, is reported. Seven of the detected sources may be associated with pulsar wind nebulae, two with supernova remnants, two with blazars, and the remaining 23 have no firm identification yet.

We present the first catalog of gamma-ray sources emitting above 56 and 100 TeV with data from the High Altitude Water Cherenkov (HAWC) Observatory, a wide field-of-view observatory capable of detecting gamma rays up to a few hundred TeV. Nine sources are observed above 56 TeV, all of which are likely Galactic in origin. Three sources continue emitting past 100 TeV, making this the highest-energy gamma-ray source catalog to date. We report the integral flux of each of these objects. We also report spectra for three highest-energy sources and discuss the possibility that they are PeVatrons.

Abstract The High-Altitude Water Cherenkov (HAWC) Gamma-Ray Observatory, located on the side of the Sierra Negra volcano in Mexico, has been fully operational since 2015. The HAWC collaboration has recently significantly improved their extensive air shower reconstruction algorithms, which has notably advanced the observatory performance. The energy resolution for primary gamma rays with energies below 1 TeV was improved by including a noise-suppression algorithm. Corrections have also been made to systematic errors in direction fitting related to the detector and shower plane inclinations, O ( 0 .° 1 ) biases in highly inclined showers, and enhancements to the core reconstruction. The angular resolution for gamma rays approaching the HAWC array from large zenith angles (>37°) has improved by a factor of 4 at the highest energies (>70 TeV) as compared to previous reconstructions. The inclusion of a lateral distribution function fit to the extensive air shower footprint on the array to separate gamma-ray primaries from cosmic-ray ones based on the resulting χ 2 values improved the background rejection performance at all inclinations. At large zenith angles, the improvement in significance is a factor of 4 compared to previous HAWC publications. These enhancements have been verified by observing the Crab Nebula, which is an overhead source for the HAWC Observatory. We show that the sensitivity to Crab-like point sources ( E −2.63 ) with locations overhead to 30° zenith is comparable to or less than 10% of the Crab Nebula’s flux between 2 and 50 TeV. Thanks to these improvements, HAWC can now detect more sources, including the Galactic center.

Abstract The first TeV γ -ray source with no lower energy counterparts, TeV J2032+4130, was discovered by HEGRA. It appears in the third HAWC catalog as 3HWC J2031+415 and it is a bright TeV γ -ray source whose emission has previously been resolved as two sources: HAWC J2031+415 and HAWC J2030+409. While HAWC J2030+409 has since been associated with the Fermi Large Area Telescope Cygnus Cocoon, no such association for HAWC J2031+415 has yet been found. In this work, we investigate the spectrum and energy-dependent morphology of HAWC J2031+415. We associate HAWC J2031+415 with a γ -ray binary system containing the pulsar PSR J2032+4127 and its companion MT91 213. We study HAWC data to observe their periastron in 2017. Additionally, we perform a combined multiwavelength analysis using radio, X-ray, and γ -ray emission. We conclude that HAWC J2031+415 and, by extension, TeV J2032+4130 are most probably a pulsar wind nebula powered by PSR J2032+4127.