[論文レビュー] Discovery of the multi-messenger gamma-ray counterpart of the IceCube neutrino signal

A. Neronov, M. Kachelrieß+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 27, 2018

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、フェルミ望遠鏡が高銀緯度で検出した拡散放射線を通じて、アイスカイブの高エネルギーニュートリノ信号のマルチテルトンガンマ線同等体を同定した。このマルチメッセンジャーアソシエーションは、宇宙線ニュートリノフラックスの顕著な割合が銀河系内から来ている可能性を示唆しており、未知の近隣の宇宙線ペバトロン源、または崩壊する重いダークマター粒子から来ている可能性がある。

ABSTRACT

A signal of high-energy extraterrestrial neutrinos from unknown source(s) was recently discovered by the IceCube experiment. Neutrinos are always produced together with gamma-rays, but the gamma-ray flux from extragalactic sources is suppressed due to attenuation in the intergalactic medium. We report the discovery of the multi-TeV gamma-ray counterpart of the IceCube neutrino signal in the form of high Galactic latitude diffuse emission observed by the Fermi telescope. The detection of the gamma-ray counterpart suggests that a sizable part of the neutrino flux originates from the Milky Way. The diffuse multi-messenger (neutrino and gamma-ray) signal at high Galactic latitudes could originate either from previously unknown nearby cosmic ray PeVatron source(s) or from decays of heavy dark matter particles.

研究の動機と目的

• アイスカイブの高エネルギーニュートリノ信号のガンマ線同等体を同定すること。
• アイスカイブが検出した拡散的外惑星ニュートリノフラックスの起源を調査すること。
• ニュートリノおよびガンマ線信号が銀河系内か銀河外源から来ているかを特定すること。
• 近隣の宇宙線ペバトロン源または重いダークマター粒子の崩壊が、観測されたマルチメッセンジャーシグナルを生成する役割を評価すること。

提案手法

• フェルミ望遠鏡の高銀緯度における拡散ガンマ線放射データを分析する。
• フェルミの拡散ガンマ線放射の空間的・スペクトル的特徴とアイスカイブのニュートリノ信号を比較する。
• 観測されたガンマ線フラックスが既知の銀河間ガンマ線減衰モデルと整合するかを評価する。
• 2つの天体物理学的シナリオを評価する：近隣のペバトロン源と重いダークマター粒子の崩壊。
• マルチメッセンジャーフラックスの一貫性を用いてニュートリノフラックスの起源を制限する。
• 銀河間ガンマ線減衰モデルを適用し、銀河外源仮説を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高銀緯度でアイスカイブのニュートリノ信号に対応する検出可能なガンマ線同等体は存在するか？
• RQ2 観測されたガンマ線放射は、銀河外源ではなく銀河系内からの起源を示唆しているか？
• RQ3 拡散的ニュートリノおよびガンマ線フラックスは、近隣の宇宙線ペバトロン源によって説明可能か？
• RQ4 このフラックスは、重いダークマター粒子の崩壊によって説明可能か？
• RQ5 銀河間ガンマ線減衰は、観測されたマルチメッセンジャーシグナルの解釈にどのように影響するか？

主な発見

• 高銀緯度における拡散的マルチテルトンガンマ線放射が、アイスカイブのニュートリノ信号の同等体として同定された。
• ガンマ線フラックスは、銀河系内で生成されていると整合的であり、ニュートリノフラックスの顕著な割合が我々の銀河系内から来ている可能性を示唆している。
• 強い銀河間ガンマ線減衰のため、銀河外源モデルは好ましくない。これは予想されるフラックスを抑制する。
• 観測されたシグナルは、近隣の宇宙線ペバトロン源または重いダークマター粒子の崩壊の両方と整合的である。
• 高銀緯度におけるマルチメッセンジャーシグナルは、高エネルギーニュートリノフラックスの銀河系起源を強く示唆する。
• 結果は、ニュートリノフラックスが銀河外源から来ている必要があるという仮定を挑戦する。