[논문 리뷰] TANAMI counterparts to IceCube high-energy neutrino events

F. Krauß, Bingjie Wang외 9명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 07.

Astrophysics and Cosmic Phenomena참고 문헌 1인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 높은 에너지(165 TeV) 중성미자 이벤트이자 낮은 각도 불확도(7.1°)를 가진 IceCube 이벤트 IC4의 오차 영역 내에 있는 네 개의 블라자르의 다중파장 성질을 조사한다. 광역 스펙트럼 에너지 분포(SEDs)를 사용하고, 핵반응성 제트에서 π-입자 생성을 모델링함으로써, 이 네 개의 소스로부터의 병합된 중성미자 플루엔스가 관측된 IceCube 플럭스와 일치함을 발견하여, 산재한 갈라럭시 외부 중성미자 플럭스가 개별 소스가 아니라 해석되지 않은 블라자르의 통합된 복사에 의해 가장 잘 설명된다는 것을 시사한다.

ABSTRACT

Since the discovery of a neutrino flux in excess of the atmospheric background by the IceCube Collaboration, searches for the astrophysical sources have been ongoing. Due to the steeply falling background towards higher energies, the PeV events detected in three years of IceCube data are the most likely ones to be of extraterrestrial origin. Even excluding the PeV events detected so far, the neutrino flux is well above the atmospheric background, so it is likely that a number of sub-PeV events originate from the same astrophysical sources that produce the PeV events. We study the high-energy properties of AGN that are positionally coincident with the neutrino events from three years of IceCube data and show the results for event number 4. IC 4 is a event with a low angular error (7.1$^\circ$) and a large deposited energy of 165 TeV. We use multiwavelength data, including Fermi/LAT and X-ray data, to construct broadband spectra and present parametrizations of the broadband spectral energy distributions with logarithmic parabolas. Assuming the X-ray to γ-ray emission in blazars originates in the photoproduction of pions by accelerated protons, their predicted neutrino luminosity can be estimated. The measurements of the diffuse extragalactic background by Fermi/LAT gives us an estimate of the flux contributions from faint unresolved blazars. Their contribution increases the number of expected events by a factor of $\sim$2. We conclude that the detection of the IceCube neutrinos IC4, IC14, and IC20 can be explained by the integral emission of blazars, even though no individual source yields a sufficient energy output.

연구 동기 및 목표

• 고에너지 IceCube 중성미자 이벤트와 일치하는 천체물리적 소스를 특정하고 특성화하기 위해.
• 산재한 갈라럭시 외부 중성미자 플럭스가 블라자르의 통합 복사에 의해 설명될 수 있는지 테스트하기 위해.
• IC4 오차 영역 내 개별로 밝은 블라자르가 관측된 중성미자 플루엔스를 설명할 수 있는지 평가하기 위해.
• 어두운 해석되지 않은 블라자르가 산재한 중성미자 배경에 기여하는 정도를 추정하기 위해.

제안 방법

• IC4 오차 영역 내 활성은하핵(AGN)에 대해 TANAMI VLBI, Fermi-LAT, X선 관측을 통해 다중파장 데이터를 확보하였다.
• X선에서 γ선에 이르는 복사에 대해 로그 파라볼라 매개변수화를 사용하여 광역 스펙트럼 에너지 분포(SEDs)를 구성하였다.
• 상대론적 빔을 가진 제트에서 π-입자 생성을 가정하는 핵반응성 복사 모델을 적용하여 관측된 γ선 플럭스로부터 중성미자 플루엔스를 추정하였다.
• IC4 영역 내 네 개의 2LAC 소스에 대해 998일 동안 예상되는 중성미자 사건 빈도를 계산하였다.
• Fermi-LAT가 측정한 산재한 갈라럭시 외부 배경(100 MeV−820 GeV = 7.2 ± 0.6 × 10−6 ph/cm²/s/sr)을 사용하여 해석되지 않은 블라자르 기여도를 추정하였다.
• 스펙트럼 형상의 불확도와 렙타닉 오염을 고려하여 예측된 중성미자 플루엔스를 관측된 IceCube 이벤트 빈도와 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고에너지 중성미자 이벤트 IC4는 오차 영역 내 개별 블라자르의 복사에 의해 설명될 수 있는가?
• RQ2 π-입자 생성을 통한 핵반응성 복사 가정 하에, IC4 오차 영역 내 네 개의 가장 밝은 블라자르로부터 예상되는 중성미자 플루엔스는 얼마인가?
• RQ3 어두운 해석되지 않은 블라자르가 IC4 영역의 산재한 갈라럭시 외부 중성미자 플럭스에 어느 정도 기여하는가?
• RQ4 개별적으로 밝은 블라자르가 총 플루엔스와 일치함에도 불구하고 관측된 IceCube 중성미자 플럭스를 설명하지 못하는 이유는 무엇인가?

주요 결과

• IC4 영역 내 네 개의 2LAC 소스로부터의 병합 예상 중성미자 플루엔스는 998일 동안 1.18 ± 0.18건으로, 관측된 사건 수와 매우 유사하다.
• IC4 영역 내 단일로 밝은 블라자르 중 어느 것도 관측된 플럭스를 설명할 만큼의 중성미자 출력을 내지 못하므로, 집합적 복사의 필요성이 드러난다.
• 어두운 해석되지 않은 블라자르의 기여는 예상 사건 빈도를 약 2배로 증가시킨다.
• 관측된 IceCube 중성미자 플럭스는 블라자르 집단의 통합 복사와 일치하며, 해석된 소스와 해석되지 않은 소스를 포함한다.
• Fermi-LAT가 측정한 산재한 갈라럭시 외부 배경(7.2 ± 0.6 × 10−6 ph/cm²/s/sr)은 해석되지 않은 블라자르가 IC4 영역 내 플럭스 기여도를 주로 담당한다는 가정을 지지한다.
• 결과는 산재한 갈라럭시 외부 중성미자 플럭스가 개별 소스가 아니라 블라자르 집단의 복사에 기인한다는 가정과 일관된다.