[論文レビュー] The ANTARES Collaboration: Contributions to ICRC 2017 Part II: The multi-messenger program

ANTARES Collaboration, A. Albert+126 more|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2017

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、2017年国際宇宙線会議（ICRC 2017）において、ANTARESニュートリノ望遠鏡のマルチメッセンジャープログラムを提示している。高エネルギーニュートリノの時間依存的探索を、ブレーザー、X線連星、およびガンマ線バースト（GRB）や急速無線バースト（FRB）などの一時的天体から行い、重力波トレiggersのリアルタイムフォローアップと、超高エネルギー宇宙線との相関解析を詳細に述べている。これにより、ANTARESが、連携された多波長観測と一致解析を通じてマルチメッセンジャーアストロノミーにおける役割を果たしていることが示された。

ABSTRACT

Papers on the ANTARES multi-messenger program, prepared for the 35th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2017, Busan, South Korea) by the ANTARES Collaboration

研究の動機と目的

• ニュートリノ、ガンマ線、重力波観測の間でリアルタイムでの連携を可能にすることで、マルチメッセンジャーアストロノミーを強化すること。
• フレアを示す天体（例：フレアブレーザー、X線連星）からの時間的に相関するニュートリノ放射を探索すること。
• Pierre AugerとTelescope Arrayで観測された超高エネルギー宇宙線と、ANTARESが検出した高エネルギーニュートリノの間の相関を調査すること。
• 一時的ニュートリノイベントのリアルタイムアラートシステムを構築・実装し、電波望遠鏡による迅速なフォローアップを可能にすること。
• 複数の天体および観測所からのデータを統合することで、ニュートリノ探索の感度を向上させること。

提案手法

• ANTARESニュートリノ望遠鏡を用いた時間依存的ニュートリノ探索を実施し、Mrk 421 や Mrk 501 などのブレーザーのフレア活動に注目した。
• LIGO O1の重力波トレiggersとANTARESのニュートリノイベントとの間で、時間的および方位的一致基準を用いた相関解析を実施した。
• 高エネルギーガンマ線データ（HAWC観測所）と一致検索を適用し、活動銀河核からのニュートリノ放射の可能性を特定した。
• 電波望遠鏡による迅速なフォローアップを可能にするために、リアルタイムアラートシステムを実装した。
• Pierre AugerとTelescope Arrayの超高エネルギー宇宙線イベントとANTARESのニュートリノイベントとの相関の有意性を統計的手法で評価した。
• ANTARES、HAWC、LIGO、Pierre Auger、Telescope Arrayの複数の観測所からのデータを統合し、一時的天体探索における感度を向上させるとともにバックグラウンドを低減した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Mrk 421 や Mrk 501 などのフレアブレーザーから、有意な時間的相関を持つニュートリノ放射が観測されたか？
• RQ2 ガンマ線バースト（GRB）からの高エネルギーニュートリノが、GRBトレiggersとの一致を通じてANTARESで検出可能か？
• RQ3 ANTARESで検出されたニュートリノイベントが、LIGO O1の重力波信号と有意に相関しているか？
• RQ4 ANTARESで観測された高エネルギーニュートリノと、Pierre AugerおよびTelescope Arrayで検出された超高エネルギー宇宙線との間に測定可能な相関があるか？
• RQ5 ニュートリノアラートのリアルタイムマルチメッセンジャーフォローアップが、一時的天体物理的天体の検出を向上させられるか？

主な発見

• HAWC観測期間中に、Mrk 421 や Mrk 501 からの有意な時間的相関ニュートリノ放射は観測されず、ニュートリノフラックスの上限が設定された。
• ANTARESのニュートリノイベントとLIGO O1の重力波トレiggersとの間に有意な一致は観測されず、コンパクト二重星合体からのニュートリノ放射に対する制約が得られた。
• ANTARESの高エネルギーニュートリノとGRBトレiggersとの間に有意な相関は観測されず、短時間継続のガンマ線バーストからのニュートリノ放射に対する上限が設定された。
• ANTARESのニュートリノイベントとPierre AugerおよびTelescope Arrayの超高エネルギー宇宙線イベントとの間に有意な相関は観測されず、同じ源で宇宙線とニュートリノが生成されるモデルに対する制約が得られた。
• マルチメッセンジャーリアルタイムフォローアップシステムは、アラートの配信に成功し、協働的な電波フォローアップを可能にした。これにより、ニュートリノ天文における迅速応答の実現可能性が示された。
• 複数のデータストリームの統合解析により、一時的天体の検出感度が向上し、単一メッセンジャースタディーよりもきめ細かい源モデル制約が得られた。