[論文レビュー] Search for GeV flare coincident with the IceCube neutrino flare

Yun-Feng Liang, Hao-Ning He+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2018

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 3被引用数 7

ひとこと要約

本研究は、2014年9月から2015年3月にかけて検出されたアイスカウル・ニュートリノフレアが、以前の仮定とは異なり、Blazar TXS 0506+056 のみから来ているのではなく、1.2°離れた近くに位置する活発なFSRQ PKS 0502+049からの寄与も大きなものである可能性を調査している。フェルミ-LATデータの解析により、同じ期間中にPKS 0502+049で強いGeVガンマ線フレアが観測された。この源はニュートリノイベントの角度的不確実性内に位置しており、ニュートリノフレアへの寄与は否定できない。したがって、過去の解析で採用された単一源仮説は疑わしくなる。

ABSTRACT

Recently the IceCube collaboration and 15 other collaborations reported the spatial and temporal coincidence between the neutrino event IceCube-170922A and the radio-TeV activity of the blazar TXS 0506+056. Their further analysis on 9.5 years of IceCube data discovered neutrino flare between September 2014 and March 2015, when TXS 0506+056 is however in "quiescent" state. We analyze the Fermi-LAT data in that direction, and find another bright GeV source PKS 0502+049, which is at an angle of $1.2^{\circ}$ from TXS 0506+056, with strong activties during the neutrino flare. No other bright GeV source was detected in the region of interest. Though PKS 0502+049 is $1.2^\circ$ separated from TXS 0506+056, it locates within the directional reconstruction uncertainties of 7 neutrinos, out of the 13 neutrino events during the neutrino flare. Together with the observed high flux of the $γ$-ray flare, it may be unreasonable to fully discard the (partial) contribution of PKS 0502+049 to the neutrino flare. The single source assumption used in the neutrino data analysis might need to be revisited.

研究の動機と目的

• アイスカウル・ニュートリノフレア（2014年9月〜2015年3月）が、TXS 0506+056以外の源から来ている可能性を検討する。これは、フレア発生時にTXS 0506+056が静穏状態にあったことによる。
• TXS 0506+056の方向におけるフェルミ-LATデータを解析し、ニュートリノフレア期間中に明るくフレアするGeV源が存在するかを特定する。
• TXS 0506+056から1.2°離れた位置にあるPKS 0502+049が、角度再構成の不確実性内にあり、高いGeV活動性を示すため、観測されたニュートリノフレアへの寄与が有意義である可能性を評価する。
• 元のアイスカウル解析（アイスカウル共同研究グループ et al., 2018b）で採用された単一源仮説が、PKS 0502+049のような近くの活発な源による汚染の可能性により無効であるかどうかを評価する。

提案手法

• エネルギー範囲100 MeV〜500 GeV、期間2010年5月〜2018年5月のフェルミ-LAT Pass 8データを用いた非ボトム尤度解析を実施した。
• PKS 0502+049を中心とする10°半径の注目領域（ROI）を設定し、フェルミ-LAT FL8Y源と拡散背景を含む源モデルを用いた。
• スペクトル指数を全期間のフィッティングから固定し、時間チャンクごとに前因子のみを変化させて、TXS 0506+056およびPKS 0502+049の光曲線を導出。
• 時間チャンクごとにテスト統計量（TS）が25を超える源については、スペクトル指数の自由度を追加して感度を向上させた。
• PKS 0502+049とTXS 0506+056の間の角度距離は1.2°であり、13個のニュートリノイベントの方向再構成不確実性を評価し、重複の可能性を検証した。
• それぞれの源がハドロン核反応によって高エネルギーニュートリノを生成する可能性を比較評価するため、ガンマ線放射度とジェット特性を比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 2014年9月から2015年3月にかけて観測されたアイスカウル・ニュートリノフレアが、静穏状態にあったTXS 0506+056とは異なる源から来ていた可能性はあるか？
• RQ2 TXS 0506+056から1.2°離れたPKS 0502+049は、フレア期間中に強いGeV活動を示しており、ニュートリノフレアの代替的または追加的源として妥当であるか？
• RQ3 ニュートリノイベントの方向再構成不確実性が、PKS 0502+049が観測されたニュートリノフレアの妥当な寄与源と見なせる範囲に含まれる程度はどのくらいか？
• RQ4 PKS 0502+049の観測された高いGeVガンマ線放射度に加え、BLRおよび高いブラックホール質量があることから、TXS 0506+056よりもハドロンニュートリノ生成の可能性が高いとされるか？
• RQ5 PKS 0502+049のような近くの活発な源による汚染の可能性があるため、元のアイスカウル解析における単一源仮説が無効である可能性はあるか？

主な発見

• PKS 0502+049は、アイスカウル・ニュートリノフレア期間（2014年9月〜2015年3月）中に強いGeVガンマ線フレアを示し、その放射度はTXS 0506+056よりも顕著に高い。
• PKS 0502+049とTXS 0506+056の間の角度距離は1.2°であり、13個のニュートリノイベントのうち7個の方向再構成不確実性内に位置している。
• PKS 0502+049のガンマ線放射度はTXS 0506+056の約2桁高い。加えて、広線領域（BLR）を有しており、ハドロン核反応とニュートリノ生成の可能性を支持する。
• フレア期間中にPKS 0502+049に関連するミュオンニュートリノ数（Nνμ^obs）は8個であり、TXS 0506+056の13個と比較して、その寄与は無視できない。
• PKS 0502+049の高いGeV活動性に加え、距離的近接性とBLRの存在から、この源がニュートリノフレアの重要な寄与源である可能性が示唆され、元の単一源解釈に疑問が呈される。
• TXS 0506+056からのGeVガンマ線放射が約70%程度減衰しているか、またはハドロン核反応とは異なるプロセスに起因する可能性は否定できない。これにより、TXS 0506+056が唯一の源であるという主張はさらに弱まる。