[論文レビュー] The Baikal-GVD neutrino telescope: First results of multi-messenger studies

Baikal-GVD Collaboration, А. В. Аврорин+51 more|arXiv (Cornell University)|Aug 15, 2019

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、バイカル-GVDニュートリノ望遠鏡からの最初のマルチメッセンジャー結果を提示し、GW170817およびIC170922と一致する高エネルギーニュートリノの探索に焦点を当てている。キャスケードモード再構成を用いて、GW170817の±500秒以内にニュートリノイベントは検出されなかった（天の極角93.3°）。90%信頼水準におけるニュートリノフラクチュエーションの上限が得られ、低天の極角感度にもかかわらず、初期マルチメッセンジャーアラートの能力が裏付けられた。

ABSTRACT

Multi-messenger astronomy is a powerful tool to study the physical processes driving the non-thermal Universe. A combination of observations in cosmic rays, neutrinos, photons of all wavelengths and gravitational waves is expected. The alert system of the Baikal-GVD detector under construction will allow for a fast, on-line reconstruction of neutrino events recorded by the Baikal-GVD telescope and - if predefined conditions are satisfied - for the formation of an alert message to other communities. The preliminary results of searches for high-energy neutrinos in coincidence with GW170817/GRB170817A using the cascade mode of neutrino detection are discussed. Two Baikal-GVD clusters were operating during 2017. The zenith angle of NGC 4993 at the detection time of the GW170817 was 93.3 degrees. No events spatially coincident with GRB170817A were found. Given the non-detection of neutrino events associated with GW170817, upper limits on the neutrino fluence were established.

研究の動機と目的

• 重力波やブラークターの増光を含むマルチメッセンジャーアラートと一致する高エネルギーニュートリノの探索を目的とする。
• 初期アレイ構築段階においても、リアルタイムでのマルチメッセンジャーフォローアップに適したBaikal-GVDアラートシステムの妥当性を検証することを目的とする。
• GW170817 や IC170922 のような一時的天体物理学的源からのニュートリノフラクチュエーションの上限を確立することを目的とする。
• キャスケードおよびトラック再構成モードが高エネルギーニュートリノを検出する能力を評価することを目的とする。
• HEニュートリノアラートのフォローアップ手順をテストすることで、将来的なANTARESとの連携を可能とすることを目的とする。

提案手法

• ニュートリノ誘起シャワーからのチェレンコフ放射のキャスケードモード再構成を用い、中央値の角度分解能は約4.5°、エネルギー分解能はE > 5 TeVで約30%であった。
• ヒット数（1本のストリングあたり6個以上）、頂点再構成におけるカイ二乗値、尤度値、ヒット/ノット確率積に基づく品質カットを適用した。
• オフライン解析を、アラートの周囲±500秒（プロンプト）および±14日（遅延）の時間窓で実施し、天の極角74° < θ < 150°に制限した。
• ミューオンに類似したイベントのトラックモード再構成にはBDTベースのアルゴリズムを用い、角度分解能は1°未満を達成した。
• ANTARESの高エネルギーニュートリノアラートに対するフォローアップを、±500秒、±1時間、±1日の時間窓を用いて、10°の円錐内です performed。
• 大気的背景は、3つのクラスタに対して、ψ < 10°で1日あたり1.75イベント、ψ < 5°で1日あたり0.5イベントと推定された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Baikal-GVD望遠鏡は、GW170817重力波イベントと一致する高エネルギーニュートリノを検出できるか？
• RQ2 E⁻²スペクトルと等しいフレーバー分布を仮定した場合、GW170817およびIC170922からのニュートリノフラクチュエーションの上限は何か？
• RQ3 Baikal-GVDアラートシステムは、電磁的および重力波的瞬時的天体のニュートリノ対応体を同定するのにどの程度効果的か？
• RQ4 フォローアップ窓内における、関心のある方向の大気的ミューオンおよびキャスケードの背景レートは何か？
• RQ5 Baikal-GVDは、ANTARESの外部ニュートリノアラートと正常に相関できるか？

主な発見

• GW170817の±500秒および±14日以内にニュートリノイベントは検出されなかったが、源は地平線下に位置していた（天の極角93.3°）。
• GW170817からのニュートリノフラクチュエーションの上限は、90%信頼水準で各エネルギー十年ごとに確立され、顕著な放射は検出されなかった。
• IC170922の±1時間および±1日以内にニュートリノイベントは検出されず、ブラークターTX-0506+056の周囲の角度距離分布において顕著な過剰も見出されなかった。
• 10°の円錐内におけるキャスケードイベントの大気的背景は、3クラスタで1日あたり1.75イベント、5°の円錐では1日あたり0.5イベントと推定された。
• 6か月間の観測期間中に、ANTARESアラートとの間に時間・方向相関は認められず、3つのキャスケードイベントが2つのクラスタ内で源方向から5°以内にのみ検出された。
• Baikal-GVDアラートシステムは正常に稼働しており、2〜3つのクラスタしか稼働していない初期建設段階でも、初期マルチメッセンジャーフォローアップが可能であることが裏付けられた。