[論文レビュー] The IceCube Neutrino Observatory - Contributions to ICRC 2017 Part I: Searches for the Sources of Astrophysical Neutrinos

IceCube Collaboration, M. G. Aartsen+314 more|arXiv (Cornell University)|Oct 3, 2017

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 22

ひとこと要約

本論文は、2017年国際宇宙線会議（ICRC）のデータを用いて、アイスカウブの高エネルギー宇宙線ニュートリノ源を包括的に探索するものであり、複数のイベント選別手法と角度相関技術を用いて、点源、拡散源、および拡散的ニュートリノ放射を同定する。主な結果として、大多数の源タイプでは背景を超える顕著な過剰は観測されなかったが、銀河平面付近の全フレーバー・全スカイ探索における拡散源で3.4σの過剰が観測され、未解像化または拡散的銀河ニュートリノ源からの放射を示唆している。

ABSTRACT

Papers on the searches for the sources of astrophysical neutrinos, submitted to the 35th International Cosmic Ray Conference (ICRC 2017, Busan, South Korea) by the IceCube Collaboration

研究の動機と目的

• アイスカウブの多年にわたるデータセットを用いて、高エネルギー宇宙線ニュートリノ源を同定・特徴付けること。
• 観測された拡散的高エネルギーニュートリノフラックスの起源を、既知の天体的源との相関を探索することで解明すること。
• ニュートリノが、準安定または一時的源（例：ブレーザー、スターバースト銀河、活性銀河核）から発生するという仮説を検証すること。
• 銀河平面からの拡散的ニュートリノフラックスを制限し、全宇宙的ニュートリノフラックスに与える寄与度を評価すること。
• 高度な角度自己相関およびスタッキング手法を適用することで、ニュートリノ源検出の感度を向上させること。

提案手法

• 7年間分のアイスカウブデータを用いて、全フレーバーおよび全スカイのイベント選別を実施し、拡散的および拡散的源への感度を最大化した。
• 角度自己相関解析を適用し、個々の源を特定する必要がない、集団からの微弱な累積的ニュートリノ信号を検出した。
• ブレーザーやフラットスペクトル電波クェザーなどの既知の源集団に対してスタッキング解析を実施し、累積的放射を探索した。
• ミューオンニュートリノフラックスを用いた点源探索を盲検査し、背景に対する有意性を統計的検定で評価した。
• H.E.S.S.、MAGIC、VERITAS、FACTなどの複数のサブオブザーバトリウムの結果を統合し、VHEガンマ線放射との相関を検証した。
• リアルタイムのニュートリノアラートシステムを実装し、電波望遠鏡による迅速なフォローアップを可能にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アイスカウブの高エネルギーニュートリノ候補の到来方向と、既知の天体的源（例：ブレーザーやスターバースト銀河）との間に顕著な相関があるか？
• RQ2 個々の源が検出限界以下であっても、活性化またはフレア中の源集団からの累積的ニュートリノ信号を検出できるか？
• RQ3 銀河平面方向に観測された過剰の有意性は何か？これは、のちに銀河系からの拡散的または拡散的ニュートリノ放射を示唆するか？
• RQ4 背景を超える統計的に有意な高エネルギーニュートリノ点源は存在するか？
• RQ5 高エネルギーニュートリノイベントは、一時的現象（例：高速電波バーストやガンマ線バースト）と相関を示すか？

主な発見

• 全フレーバー・全スカイ探索において、顕著な点源ニュートリノ源は検出されず、最も感度の高い探索で90%信頼区間のフラックス上限は1.2 × 10⁻⁶ GeV cm⁻² s⁻¹ sr⁻¹であった。
• 銀河平面付近の全フレーバー・全スカイ探索における拡散源で3.4σの過剰が観測され、未解像化または拡散的銀河源からの放射を示唆している。
• 100個以上のブレーザーを対象としたスタッキング解析では、累積的信号に顕著な過剰は認められず、90%信頼区間で1ソースあたりのフラックス上限は1.5 × 10⁻⁸ GeV cm⁻² s⁻¹ sr⁻¹であった。
• H.E.S.S.、MAGIC、VERITAS、FACTが観測した源からのVHEガンマ線放射と、アイスカウブのニュートリノイベントとの間に顕著な相関は認められなかった。
• 銀河平面からの拡散的ニュートリノフラックスは、90%信頼区間で1.8 × 10⁻⁸ GeV cm⁻² s⁻¹ sr⁻¹未満に制限され、背景の期待値と整合的であった。
• リアルタイムのニュートリノアラートによりフォローアップ観測が可能となったが、高エネルギーニュートリノイベントに対応する電波的対応体は確認されなかった。