[論文レビュー] TANAMI counterparts to IceCube high-energy neutrino events

F. Krauß, Bingjie Wang+9 more|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、高エネルギー（165 TeV）で低角度不確かさ（7.1°）を示すニュートリノイベント IC4 の誤差領域に位置する4つのブレーザーの多波長的性質を調査する。広帯域スペクトルエネルギー分布（SED）とハドロニックジェットにおけるパイオン光生成モデルを用いて解析した結果、これらの4つの源からのニュートリノフルエンスの合計が観測された IceCube フラックスと一致することが判明した。これは、拡散的銀河間ニュートリノフラックスが個々の源ではなく、解像不能なブレーザーの統合的放射によって最もよく説明されると示唆している。

ABSTRACT

Since the discovery of a neutrino flux in excess of the atmospheric background by the IceCube Collaboration, searches for the astrophysical sources have been ongoing. Due to the steeply falling background towards higher energies, the PeV events detected in three years of IceCube data are the most likely ones to be of extraterrestrial origin. Even excluding the PeV events detected so far, the neutrino flux is well above the atmospheric background, so it is likely that a number of sub-PeV events originate from the same astrophysical sources that produce the PeV events. We study the high-energy properties of AGN that are positionally coincident with the neutrino events from three years of IceCube data and show the results for event number 4. IC 4 is a event with a low angular error (7.1$^\circ$) and a large deposited energy of 165 TeV. We use multiwavelength data, including Fermi/LAT and X-ray data, to construct broadband spectra and present parametrizations of the broadband spectral energy distributions with logarithmic parabolas. Assuming the X-ray to γ-ray emission in blazars originates in the photoproduction of pions by accelerated protons, their predicted neutrino luminosity can be estimated. The measurements of the diffuse extragalactic background by Fermi/LAT gives us an estimate of the flux contributions from faint unresolved blazars. Their contribution increases the number of expected events by a factor of $\sim$2. We conclude that the detection of the IceCube neutrinos IC4, IC14, and IC20 can be explained by the integral emission of blazars, even though no individual source yields a sufficient energy output.

研究の動機と目的

• 高エネルギーIceCubeニュートリノイベントと一致する天体的源の同定と特徴化。
• 拡散的銀河間ニュートリノフラックスがブレーザーの統合的放射によって説明可能かどうかの検証。
• IC4誤差領域内の個々の明るいブレーザーが観測されたニュートリノフルエンスを説明できるかどうかの評価。
• かすみ、解像不能なブレーザーが拡散ニュートリノ背景に与える寄与の推定。

提案手法

• TANAMI VLBI、Fermi-LAT、X線観測から得たIC4誤差領域内のAGNの多波長データを取得。
• X線からγ線領域の放射を対数的放物線パラメータ化を用いて広帯域スペクトルエネルギー分布（SED）を構築。
• 相対論的ビームを帯びたジェットにおけるパイオン光生成を仮定したハドロニック放射モデルを適用し、観測されたγ線フラックスからニュートリノフルエンスを推定。
• 998日間にわたるIC4領域内の4つの2LAC源からの期待されるニュートリノイベントレートを計算。
• Fermi-LATが測定した拡散的銀河間背景（F100 MeV−820 GeV = 7.2 ± 0.6 × 10−6 ph/cm²/s/sr）を用いて、解像不能なブレーザーの寄与を推定。
• スペクトル形状の不確実性およびレプチオン汚染の影響を考慮した上で、予測されたニュートリノフルエンスと観測されたIceCubeイベントレートを比較。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギーニュートリノイベントIC4は、その誤差領域内の個々のブレーザーからの放射によって説明可能か？
• RQ2 パイオン光生成を介したハドロニック放射を仮定した場合、IC4誤差領域内の4つの最も明るいブレーザーからの期待されるニュートリノフルエンスはどの程度か？
• RQ3 かすみ、解像不能なブレーザーは、IC4領域における拡散的銀河間ニュートリノフラックスにどの程度寄与しているか？
• RQ4 個々の明るいブレーザーが、合計のフルエンスと一致しているにもかかわらず、なぜ観測されたIceCubeニュートリノフラックスを説明できないのか？

主な発見

• IC4領域内の4つの2LAC源からの合計期待ニュートリノフルエンスは、998日間で1.18 ± 0.18イベントであり、観測されたイベント数とよく一致している。
• IC4領域内の個々の明るいブレーザーでは、観測されたフラックスを説明するのに十分なニュートリノ出力が得られないため、集団的放射が不可欠であることが示された。
• かすみ、解像不能なブレーザーの寄与により、期待されるイベントレートは約2倍に増加する。
• 観測されたIceCubeニュートリノフラックスは、解像済みおよび解像不能な源を含むブレーザー集団の統合的放射と整合的である。
• Fermi-LATが測定した拡散的銀河間背景（7.2 ± 0.6 × 10−6 ph/cm²/s/sr）は、解像不能なブレーザーがIC4領域におけるフラックス寄与の主因であるという仮説を支持している。
• 結果は、拡散的銀河間ニュートリノフラックスが個々の源ではなく、ブレーザー集団の統合的放射に起因するという仮説と整合的である。