[논문 리뷰] Are Diffuse High Energy Neutrinos from Starburst Galaxies Observable

F. W. Stecker|arXiv (Cornell University)|2006. 07. 10.

Astrophysics and Cosmic Phenomena인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 항성 폭발 은하가 은하간 가스와의 고에너지 우주선 상호작용을 통해 관측 가능한 고에너지 중성미자를 생성한다는 가설을 재평가하며, 예상되는 중성미자 플럭스가 이전에 추정된 것보다 10배 이상 낮다는 결론을 내린다. 그 결과, 대기 중성미자 배경이 지배적인 상황에서 300 테라전자볼트 이하에서는 항성 폭발 은하에서 온 중성미자를 감지할 수 없으며, 특히 AGN 모델에서 예측된 플럭스와 비교할 때 페타전자볼트 에너지에서도 관측될 가능성이 매우 낮다.

ABSTRACT

Loeb and Waxman have argued that high energy neutrinos from the decay of pions produced in interactions of cosmic rays with interstellar gas in starburst galaxies would be produced with a large enough flux to be observable. Their model is reexamined here and it is shown that the the neutrino flux from starburst galaxies, even given the various assumptions made by them, is more than an order of magnitude lower than the flux which they predict. The predicted neutrino flux would be below the atmospheric neutrino foreground flux at energies below 300 TeV and therefore would be unobservable. PeV neutrinos from starburst galaxies are also unlikely to be detected. Compared with predicted fluxes from other extragalactic high energy neutrino sources, PeV starburst neutrinos would have a flux considerably below that predicted for AGN models.

연구 동기 및 목표

• Loeb와 Waxman가 제시한 항성 폭발 은하의 고에너지 중성미자 플럭스를 재평가하기 위해.
• 이 중성미자가 대기 중성미자 배경을 초월해 관측 가능한지 여부를 판단하기 위해.
• 특히 AGN와 비교하여 다른 간성외 천체에서 예측된 중성미자 플럭스와 항성 폭발 은하에서의 예측 플럭스를 비교하기 위해.
• 현재 및 향후 중성미자 관측소에서 페타전자볼트 에너지 중성미자가 항성 폭발 은하에서 올 수 있는지의 탐지 가능성 평가하기 위해.

제안 방법

• 항성 폭발 은하 내에서 우주선이 은하간 가스와 상호작용하는 중성미자 생성 모델의 재분석.
• 항성 폭발 은하 내에서 표준 우주선 및 가스 밀도 가정을 사용하여 피온 붕괴 중성미자 플럭스 추정.
• 300 테라전자볼트 이하에서 얻어진 중성미자 플럭스를 대기 중성미자 배경 플럭스와 비교.
• 특히 페타전자볼트 에너지 중성미자를 위한 현재 및 계획 중인 중성미자 탐지기의 탐지 임계값 평가.
• 항성 폭발 은하에서의 예측 플럭스와 AGN 모델의 플럭스 간 정량적 비교.
• 피온의 표준 입자물리학 단면적 및 붕괴율을 적용하여 중성미자 수확량 추정.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 보수적인 가정 하에 항성 폭발 은하에서 실제로 예상되는 고에너지 중성미자 플럭스는 무엇인가?
• RQ2 항성 폭발 은하에서 예측된 중성미자 플럭스는 대기 중성미자 배경을 초월해 탐지 가능한가?
• RQ3 페타전자볼트 에너지에서 항성 폭발 은하에서의 예측 플럭스는 AGN 모델의 플럭스와 어떻게 비교되는가?
• RQ4 현재 또는 향후 중성미자 탐지기에서 항성 폭발 은하에서 온 페타전자볼트 에너지 중성미자는 관측 가능할까?

주요 결과

• 항성 폭발 은하에서의 중성미자 플럭스는 Loeb와 Waxman가 이전에 예측한 것보다 10배 이상 낮다.
• 300 테라전자볼트 이하 에너지에서는 예측된 플럭스가 대기 중성미자 배경 플럭스를 빛보다 낮아지며, 이 에너지 범위에서는 탐지가 불가능하다.
• 항성 폭발 은하에서 온 페타전자볼트 에너지 중성미자는 다른 소스에 비해 플럭스가 매우 낮아 탐지될 가능성이 매우 낮다.
• 페타전자볼트 에너지에서 항성 폭발 은하의 중성미자 플럭스는 AGN 모델에서 예측된 플럭스보다 훨씬 낮다.
• 가장 유리한 조건이라도 배경이 지배적이고 내재된 플럭스가 낮아 항성 폭발 은하의 신호는 여전히 탐지 불가능하다.