[論文レビュー] Multi-TeV gamma-rays and neutrinos from the Galactic Center region

S. Celli, Andrea Palladino+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2016

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、HESSによる多TeVガンマ線データの分析とニュートリノ検出可能性の予測を通じて、銀河中心におけるハドロン的PeVatronの可能性を調査している。結論として、北半球に位置するkm³級ニュートリノ望遠鏡は、銀河的ハドロン的PeVatronの存在を検証でき、高エネルギーニュートリノの最初の源を特定できると示している。

ABSTRACT

The proposal for a PeVatron in the Galactic Center from the recent multi-TeV measurements of HESS triggers the search for neutrinos from this source. We check that the absorption of gamma-rays in our Galaxy is not relevant at the measured energies, except perhaps for the gamma coming from the very Center. We derive precise upper limits on neutrinos fluxes. The expected number of events for ANTARES, IceCube and KM3NeT are calculated. We conclude that km-cube-class telescopes in the Northern hemisphere can check existence of a hadronic PeV galactic accelerator and have the potential of identifying for the first time one source of high energy neutrinos.

研究の動機と目的

• 最近のHESSによる多TeVガンマ線観測に基づいて、銀河中心領域からの高エネルギーニュートリノ検出可能性の妥当性を評価すること。
• 特に銀河中心付近において、ガンマ線吸収が観測フラックスに与える影響を評価すること。
• 今後のニュートリノ望遠鏡観測をガイドするため、銀河中心からのニュートリノフラックスに対する厳密な上限を導出すること。
• ANTARES、IceCube、KM3NeTといった主要なニュートリノ観測所における検出可能なニュートリノイベント数の予測を行うこと。
• 北半球に位置するkm³クラスのニュートリノ望遠鏡が、銀河中心におけるハドロン的PeVatronの存在を確認または否定できるかどうかを特定すること。

提案手法

• HESS実験による多TeVガンマ線データを用いて、銀河中心領域の放射特性を制約すること。
• 特に非常に中心付近において、銀河間空間の媒体におけるガンマ線吸収をモデル化し、観測フラックスに与える影響を評価すること。
• 観測されたガンマ線フラックスと吸収効果に基づいて、理論的なニュートリノフラックスの上限を計算すること。
• 導出されたフラックス上限を用いて、3つの主要なニュートリノ望遠鏡（ANTARES、IceCube、KM3NeT）における予想されるニュートリノイベント数を予測すること。
• 北半球に位置するkm³クラスのニュートリノ望遠鏡が、銀河中心からのハドロン的PeVatron信号を検出する感度を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 銀河中心からの観測された多TeVガンマ線放射は、ハドロン的PeVatronによって説明可能か？
• RQ2 銀河内でのガンマ線吸収は、銀河中心からの高エネルギーガンマ線観測にどの程度関係するか？
• RQ3 現在のガンマ線データに基づいて、銀河中心からの高エネルギーニュートリノフラックスに対する最も厳しい上限は何か？
• RQ4 潜在的な銀河中心PeVatronからANTARES、IceCube、KM3NeTで予想されるニュートリノイベント数はどの程度か？
• RQ5 北半球に位置するkm³クラスのニュートリノ望遠鏡は、高エネルギーニュートリノの最初の銀河的源を検出または特定できるか？

主な発見

• 多TeVエネルギー帯では銀河内でのガンマ線吸収は無視できるが、銀河中心の非常に中心部からの放射に限り、その可能性がある。
• 本論文は、HESSガンマ線測定と吸収モデル化に基づいて、銀河中心からのニュートリノフラックスに対する正確な上限を導出した。
• ANTARES、IceCube、KM3NeTにおける検出可能なニュートリノイベント数が予測されており、KM3NeTは検出の可能性が非常に高い。
• 北半球に位置するkm³クラスのニュートリノ望遠鏡は、銀河中心におけるハドロン的PeVatronの存在を検証できる。
• これらの望遠鏡は、高エネルギーニュートリノの最初の源を特定する可能性を有しており、マルチメッセンジャーアストロノミーにおける画期的な進展をもたらす。