[論文レビュー] Search for Neutrinos from the Tidal Disruption Events AT2019dsg and AT2019fdr with the ANTARES Telescope

A. Albert, S. Alves+141 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 27被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、ANTARESニュートリノ望遠鏡を用いて、2つの潮汐破壊現象（TDE）AT2019dsgおよびAT2019fdrからの高エネルギーニュートリノを探索した。有意な信号は検出されなかったが、90%信頼水準における1フレーバーのニュートリノフラックスおよびフルエンスの上限が設定され、ANTARESの感度では現在のTDEニュートリノ放射モデルが制約されないことが示された。

ABSTRACT

On 2019 October 1, the IceCube Collaboration detected a muon track neutrino with a high probability of being of astrophysical origin, IC191001A. After a few hours, the tidal disruption event (TDE) AT2019dsg, observed by the Zwicky Transient Facility (ZTF), was indicated as the most likely counterpart of the IceCube track. More recently, the follow-up campaign of the IceCube alerts by ZTF suggested a second TDE, AT2019fdr, as a promising counterpart of another IceCube muon track candidate, IC200530A, detected on 2020 May 30. Here, these intriguing associations are followed-up by searching for neutrinos in the ANTARES detector from the directions of AT2019dsg and AT2019fdr using a time-integrated approach. As no significant evidence for space clustering is found in the ANTARES data, upper limits on the one-flavor neutrino flux and fluence are set.

研究の動機と目的

• ANTARESニュートリノ望遠鏡を用いて、TDE AT2019dsgおよびAT2019fdrからの定常的高エネルギーニュートリノ放射を探索すること。
• IceCubeのミュオンニュートリノイベントIC191001AおよびIC200530Aと位置が一致するこれらのTDEが、高エネルギーニュートリノ源であるかどうかを検証すること。
• 有意な信号が観測されなかったことから、90%信頼水準における1フレーバーのニュートリノフラックスおよびフルエンスの上限を設定すること。
• 理論的TDEニュートリノ放射モデルがANTARESデータからの観測上限と整合するかを評価すること。
• 次世代ニュートリノ望遠鏡（例：KM3NeT）を用いた感度の未来の向上可能性を評価すること。

提案手法

• AT2019dsgおよびAT2019fdrの発見以降に収集されたANTARES全データセットに対して、時間積分型探索が実施された。
• パワーロー法則ニュートリノスペクトル（スペクトル指数γ）を仮定し、sky位置における信号過剰の有無を尤度法でテストした。
• トラック型トポロジーおよび再構成エネルギーに基づいてニュートリノイベントを選別し、角度分解能およびバックグラウンドモデルを用いて信号領域を定義した。
• γ = 2.0, 2.5, 3.0の場合に、90%の信号事象が含まれるエネルギー範囲を用いて、ニュートリノフラックス正規化（Φ₀）およびフルエンス（F）の上限を計算した。
• フルエンスは、livetime ∆tおよびエネルギー範囲 [Emin, Emax] における時間積分エネルギーフラックスとして計算され、F = ∆t × Φ₀ × ∫(Eν × (Eν/1 GeV)^−γ) dEν で与えられる。
• 信号の有意性は、尤度フィットから導かれるp値を用いて評価され、片側有意水準が報告された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ANTARESデータにおいて、AT2019dsgおよびAT2019fdrの方向から高エネルギーニュートリノの有意な過剰が観測されたか？
• RQ2 これらのTDEからの1フレーバーのニュートリノフラックスおよびフルエンスの90%信頼水準における上限は何か？
• RQ3 上限がTDEニュートリノ放射理論モデルに与える制約は何か？
• RQ4 ANTARESデータは、IceCubeニュートリノ候補IC191001AおよびIC200530Aと整合するTDEからのニュートリノ放射を検出できるか？
• RQ5 ANTARESのTDEニュートリノ放射に対する感度は何か？また、KM3NeTのような今後の検出器と比較するとどうか？

主な発見

• ANTARESデータにおいて、AT2019dsgまたはAT2019fdrからの有意なニュートリノ信号は検出されなかった。E⁻².⁰スペクトル下での最高の局所的有意水準は、AT2019fdrで1.5σ（p値 = 6.7%）であった。
• AT2019dsgでは、E⁻³.⁰スペクトル下で最良適合信号事象数は0.7事象（p値 = 8.9%）であり、1.3σの有意水準に対応した。
• γ = 3.0の場合、AT2019dsgに対する1フレーバーのニュートリノフラックス正規化Φ₀の90%信頼水準上限は1.2 × 10⁻³ GeV⁻¹cm⁻²s⁻¹であり、AT2019fdrでは同じγに対して2.0 × 10⁻³ GeV⁻¹cm⁻²s⁻¹であった。
• γ = 3.0の場合、AT2019dsgの1フレーバーのニュートリノフルエンスFの上限は2.0 × 10⁻³ GeVcm⁻²、AT2019fdrでは3.0 × 10⁻³ GeVcm⁻²であり、エネルギー範囲2.1–4.7 GeVで算出された。
• 上限は、ANTARESの感度を下回る予測フラックスを示す現在のTDEニュートリノ放射理論モデルを制約するには高すぎる。
• 今後のスタッキング解析および時間依存解析、加えてKM3NeTの向上した感度により、TDEニュートリノ放射の発見可能性が向上すると予想される。