arXivDaily arXiv每日学术速递 周一至周五更新
arXiv 2303.03316astro-ph.HE
收藏

利用 IceCube 约束超新星的高能中微子发射

Constraining High-Energy Neutrino Emission from Supernovae with IceCube

R. Abbasi, M. Ackermann, J. Adams, S. K. Agarwalla, J. A. Aguilar, M. Ahlers, J. M. Alameddine, N. M. Amin, K. Andeen, G. Anton, C. Argüelles, Y. Ashida, S. Ath… 展开作者

R. Abbasi, M. Ackermann, J. Adams, S. K. Agarwalla, J. A. Aguilar, M. Ahlers, J. M. Alameddine, N. M. Amin, K. Andeen, G. Anton, C. Argüelles, Y. Ashida, S. Athanasiadou, S. N. Axani, X. Bai, A. Balagopal V., M. Baricevic, S. W. Barwick, V. Basu, R. Bay, J. J. Beatty, K. -H. Becker, J. Becker Tjus, J. Beise, C. Bellenghi, S. BenZvi, D. Berley, E. Bernardini, D. Z. Besson, G. Binder, D. Bindig, E. Blaufuss, S. Blot, F. Bontempo, J. Y. Book, C. Boscolo Meneguolo, S. Böser, O. Botner, J. Böttcher, E. Bourbeau, J. Braun, B. Brinson, J. Brostean-Kaiser, R. T. Burley, R. S. Busse, D. Butterfield, M. A. Campana, K. Carloni, E. G. Carnie-Bronca, S. Chattopadhyay, N. Chau, C. Chen, Z. Chen, D. Chirkin, S. Choi, B. A. Clark, L. Classen, A. Coleman, G. H. Collin, A. Connolly, J. M. Conrad, P. Coppin, P. Correa, S. Countryman, D. F. Cowen, P. Dave, C. De Clercq, J. J. DeLaunay, D. Delgado López, H. Dembinski, K. Deoskar, A. Desai, P. Desiati, K. D. de Vries, G. de Wasseige, T. DeYoung, A. Diaz, J. C. Díaz-Vélez, M. Dittmer, A. Domi, H. Dujmovic, M. A. DuVernois, T. Ehrhardt, P. Eller, R. Engel, H. Erpenbeck, J. Evans, P. A. Evenson, K. L. Fan, K. Fang, A. R. Fazely, A. Fedynitch, N. Feigl, S. Fiedlschuster, C. Finley, L. Fischer, D. Fox, A. Franckowiak, E. Friedman, A. Fritz, P. Fürst, T. K. Gaisser, J. Gallagher, E. Ganster, A. Garcia, L. Gerhardt, A. Ghadimi, C. Glaser, T. Glauch, T. Glüsenkamp, N. Goehlke, J. G. Gonzalez, S. Goswami, D. Grant, S. J. Gray, S. Griffin, S. Griswold, C. Günther, P. Gutjahr, C. Haack, A. Hallgren, R. Halliday, L. Halve, F. Halzen, H. Hamdaoui, M. Ha Minh, K. Hanson, J. Hardin, A. A. Harnisch, P. Hatch, A. Haungs, K. Helbing, J. Hellrung, F. Henningsen, L. Heuermann, N. Heyer, S. Hickford, A. Hidvegi, C. Hill, G. C. Hill, K. D. Hoffman, K. Hoshina, W. Hou, T. Huber, K. Hultqvist, M. Hünnefeld, R. Hussain, K. Hymon, S. In, A. Ishihara, M. Jacquart, M. Jansson, G. S. Japaridze, K. Jayakumar, M. Jeong, M. Jin, B. J. P. Jones, D. Kang, W. Kang, X. Kang, A. Kappes, D. Kappesser, L. Kardum, T. Karg, M. Karl, A. Karle, U. Katz, M. Kauer, J. L. Kelley, A. Khatee Zathul, A. Kheirandish, J. Kiryluk, S. R. Klein, A. Kochocki, R. Koirala, H. Kolanoski, T. Kontrimas, L. Köpke, C. Kopper, D. J. Koskinen, P. Koundal, M. Kovacevich, M. Kowalski, T. Kozynets, K. Kruiswijk, E. Krupczak, A. Kumar, E. Kun, N. Kurahashi, N. Lad, C. Lagunas Gualda, M. Lamoureux, M. J. Larson, F. Lauber, J. P. Lazar, J. W. Lee, K. Leonard DeHolton, A. Leszczyńska, M. Lincetto, Q. R. Liu, M. Liubarska, E. Lohfink, C. Love, C. J. Lozano Mariscal, L. Lu, F. Lucarelli, A. Ludwig, W. Luszczak, Y. Lyu, J. Madsen, K. B. M. Mahn, Y. Makino, S. Mancina, W. Marie Sainte, I. C. Mariş, S. Marka, Z. Marka, M. Marsee, I. Martinez-Soler, R. Maruyama, F. Mayhew, T. McElroy, F. McNally, J. V. Mead, K. Meagher, S. Mechbal, A. Medina, M. Meier, S. Meighen-Berger, Y. Merckx, L. Merten, J. Micallef, T. Montaruli, R. W. Moore, Y. Morii, R. Morse, M. Moulai, T. Mukherjee, R. Naab, R. Nagai, M. Nakos, U. Naumann, J. Necker, M. Neumann, H. Niederhausen, M. U. Nisa, A. Noell, S. C. Nowicki, A. Obertacke Pollmann, V. O'Dell, M. Oehler, B. Oeyen, A. Olivas, R. Orsoe, J. Osborn, E. O'Sullivan, H. Pandya, N. Park, G. K. Parker, E. N. Paudel, L. Paul, C. Pérez de los Heros, J. Peterson, S. Philippen, S. Pieper, A. Pizzuto, M. Plum, A. Pontén, Y. Popovych, M. Prado Rodriguez, B. Pries, R. Procter-Murphy, G. T. Przybylski, J. Rack-Helleis, K. Rawlins, Z. Rechav, A. Rehman, P. Reichherzer, G. Renzi, E. Resconi, S. Reusch, W. Rhode, M. Richman, B. Riedel, E. J. Roberts, S. Robertson, S. Rodan, G. Roellinghoff, M. Rongen, C. Rott, T. Ruhe, L. Ruohan, D. Ryckbosch, S. Athanasiadou, I. Safa, J. Saffer, D. Salazar-Gallegos, P. Sampathkumar, S. E. Sanchez Herrera, A. Sandrock, M. Santander, S. Sarkar, S. Sarkar, J. Savelberg, P. Savina, M. Schaufel, H. Schieler, S. Schindler, B. Schlüter, F. Schlüter, T. Schmidt, J. Schneider, F. G. Schröder, L. Schumacher, G. Schwefer, S. Sclafani, D. Seckel, S. Seunarine, A. Sharma, S. Shefali, N. Shimizu, M. Silva, B. Skrzypek, B. Smithers, R. Snihur, J. Soedingrekso, A. Søgaard, D. Soldin, G. Sommani, C. Spannfellner, G. M. Spiczak, C. Spiering, M. Stamatikos, T. Stanev, T. Stezelberger, T. Stürwald, T. Stuttard, G. W. Sullivan, I. Taboada, S. Ter-Antonyan, W. G. Thompson, J. Thwaites, S. Tilav, K. Tollefson, C. Tönnis, S. Toscano, D. Tosi, A. Trettin, C. F. Tung, R. Turcotte, J. P. Twagirayezu, B. Ty, M. A. Unland Elorrieta, A. K. Upadhyay, K. Upshaw, N. Valtonen-Mattila, J. Vandenbroucke, N. van Eijndhoven, D. Vannerom, J. van Santen, J. Vara, J. Veitch-Michaelis, M. Venugopal, S. Verpoest, D. Veske, C. Walck, T. B. Watson, C. Weaver, P. Weigel, A. Weindl, J. Weldert, C. Wendt, J. Werthebach, M. Weyrauch, N. Whitehorn, C. H. Wiebusch, N. Willey, D. R. Williams, M. Wolf, G. Wrede, X. W. Xu, J. P. Yanez, E. Yildizci, S. Yoshida, F. Yu, S. Yu, T. Yuan, Z. Zhang, P. Zhelnin

AI总结:

该研究利用 IceCube 七年数据对超新星样本进行中微子关联分析,未发现显著信号,并给出各类超新星的中微子能量上限及对弥散通量的贡献约束,排除了 IIn 型和剥离包层超新星作为主导来源。

摘要:

核心坍缩超新星是一类有前景的潜在高能中微子源。我们检验了七年 IceCube 中微子数据与一个包含 1000 多个 IIn 型和 IIP 型核心坍缩超新星以及一个剥离包层超新星样本的星表之间的相关性。我们既搜索单个超新星的中微子发射,也通过叠加分析搜索整个超新星样本的联合发射。未发现中微子与星表中超新星之间存在显著的空间或时间相关性。所有测试情景相对于背景预期的总体偏差给出的 p 值为 93%,与背景完全一致。推导出的中微子总能量发射上限为:剥离包层超新星 $1.7\ imes 10^{48}$ erg,IIP 型超新星 $2.8\ imes 10^{48}$ erg,IIn 型超新星 $1.3\ imes 10^{49}$ erg,后者不利于那些对相互作用超新星中微子产生持乐观假设的模型。我们得出结论:假设中微子能谱遵循指数为 $-2.5$ 的幂律,在约 $10^3-10^5$ GeV 能量范围内,剥离包层超新星和 IIn 型超新星对弥散中微子通量的贡献分别不超过 $14.6\%$ 和 $33.9\%$。在相同假设下,我们只能将 IIP 型超新星的贡献约束为不超过 $59.9\%$。因此,在给定假设下,IIn 型核心坍缩超新星和剥离包层超新星都可以被排除为弥散中微子通量的主导来源。

英文摘要:

Core-collapse supernovae are a promising potential high-energy neutrino source class. We test for correlation between seven years of IceCube neutrino data and a catalog containing more than 1000 core-collapse supernovae of types IIn and IIP and a sample of stripped-envelope supernovae. We search both for neutrino emission from individual supernovae, and for combined emission from the whole supernova sample through a stacking analysis. No significant spatial or temporal correlation of neutrinos with the cataloged supernovae was found. The overall deviation of all tested scenarios from the background expectation yields a p-value of 93% which is fully compatible with background. The derived upper limits on the total energy emitted in neutrinos are $1.7\times 10^{48}$ erg for stripped-envelope supernovae, $2.8\times 10^{48}$ erg for type IIP, and $1.3\times 10^{49}$ erg for type IIn SNe, the latter disfavouring models with optimistic assumptions for neutrino production in interacting supernovae. We conclude that strippe-envelope supernovae and supernovae of type IIn do not contribute more than $14.6\%$ and $33.9\%$ respectively to the diffuse neutrino flux in the energy range of about $10^3-10^5$ GeV, assuming that the neutrino energy spectrum follows a power-law with an index of $-2.5$. Under the same assumption, we can only constrain the contribution of type IIP SNe to no more than $59.9\%$. Thus core-collapse supernovae of types IIn and stripped-envelope supernovae can both be ruled out as the dominant source of the diffuse neutrino flux under the given assumptions.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

↑