[論文レビュー] The IceCube Pie Chart: Relative Source Contributions to the Cosmic Neutrino Flux

I. Bartos, Doğa Veske+3 more|arXiv (Cornell University)|May 8, 2021

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 63被引用数 27

ひとこと要約

本稿では、検出感度、源の性質、統計的不確実性を考慮して、アイスカウルの宇宙線ニュートリノフラックスへの活動銀河核（AGNs）、ブラザール、潮汐破壊イベント（TDEs）の相対的寄与をベイズ推論を用いて推定している。90%信用区間でブラザールの寄与は≤11%であるが、AGNsまたはTDEsの両方ともそれぞれ50%以上を寄与する可能性がある。未同定源の寄与は80%の確率で少なくとも10%である。

ABSTRACT

Neutrino events from IceCube have recently been associated with multiple astrophysical sources. Interestingly, these likely detections represent three distinct astrophysical source types: active galactic nuclei (AGN), blazars, and tidal disruption events (TDE). Here we compute the expected contributions of AGNs, blazars and TDEs to the overall cosmic neutrino flux detected by IceCube based on the associated events, IceCube's sensitivity, and the source types' astrophysical properties. We find that, despite being the most commonly identified sources, blazars cannot contribute more than 11% of the total flux (90% credible level), consistent with existing limits from stacked searches. On the other hand, we find that either AGNs or TDEs could contribute more than 50% of the total flux (90% credible level), although stacked searches further limit the TDE contribution to $\lesssim 30%$. We also find that so-far unknown source types contribute at least 10% of the total cosmic flux with a probability of 80%. We assemble a pie chart that shows the most likely fractional contribution of each source type to IceCube's total neutrino flux.

研究の動機と目的

• アイスカウルが検出する宇宙線ニュートリノフラックスに対するAGNs、ブラザール、TDEsの予想される寄与割合を定量化すること。
• 源の性質（数密度、輝度、宇宙的進化など）がフラックス寄与に与える影響を評価すること。
• 現在の関連付けと検出限界に基づいて、未同定源タイプの最小寄与を推定すること。
• 観測的関連付けとスタック検索の制約、理論的期待とを調和させること。

提案手法

• ニュートリノ検出データ、アイスカウルの感度、天体物理的源集団モデルを統合するベイズ推論を適用する。
• フラックス寄与のスケーリングが検出率、源密度、輝度にどのように依存するかを示す簡略化モデルを用いる。
• 検出の統計的不確実性、源タイプ内での可変的輝度、源密度の宇宙的進化を組み込む。
• 各源タイプのフラックス寄与の事後分布を計算するために、尤度に基づくフレームワークを採用する。
• 未知の源からの寄与を計算するために、全フラックスがアイスカウルが測定した全フラックスを超えないという境界条件を課す。
• スタック検索の非検出結果や独立した観測限界と照らし合わせて結果を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブラザールの検出率と天体物理的性質を考慮すると、宇宙線ニュートリノフラックスのどの程度がブラザールに起因するか？
• RQ2 検出統計と源密度を考慮した場合、AGNsとTDEsのフラックス寄与はどのように比較できるか？
• RQ3 現在の関連付けと検出限界を踏まえると、未同定源タイプの最小寄与はどの程度と予想されるか？
• RQ4 アイスカウルの感度と検出完全性は、異なる源タイプのフラックス推定にどのように影響するか？
• RQ5 推定された寄与は、スタック検索からの独立した観測的制約と整合しているか？

主な発見

• ブラザールは、最も頻繁に関連づけられる源タイプであるが、90%信用区間で全宇宙線ニュートリノフラックスの11%以下にしか寄与しない。
• AGNsとTDEsの両方とも、全フラックスのおよそ1/3を寄与すると推定されており、いずれか一方が50%以上を占める可能性もある。
• 未同定源タイプの寄与は、80%の確率で全フラックスの少なくとも10%であると推定されている。
• スタック検索の制約により、TDEの寄与は30%未満、ブラザールの寄与は90%信頼区間で27%未満に制限される。
• 結果は、不確実性の範囲内で、独立した観測限界と理論的期待と概ね整合している。
• 本研究は、まれだが明るい源（例：ブラザール）が、同様の全フラックス寄与を持つがより一般的なが、より明るい源よりも多メッセンジャー天文学によって識別されやすいことを強調している。