[論文レビュー] Are Diffuse High Energy Neutrinos from Starburst Galaxies Observable

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

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、星族爆発銀河が宇宙線と星間ガスの相互作用によって観測可能な高エネルギーニュートリノを生成するという仮説を再評価し、予測されるニュートリノフラックスが以前の推定よりも10倍以上も低い結論に至っている。その結果、星族爆発銀河からのニュートリノは300 TeV未満では大気のニュートリノ背景に圧倒され、観測不可能であり、特にAGNモデルの予測フラックスと比較して、ペブ級エネルギーでも観測される可能性は極めて低い。

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.

研究の動機と目的

• 星族爆発銀河の高エネルギーニュートリノフラックスをローブとワクスマンが予測したものを再評価すること。
• これらのニュートリノが大気のニュートリノ背景を超えて観測可能かどうかを特定すること。
• 特にAGNと比較して、星族爆発銀河からの予測フラックスを他の銀河系外源と比較すること。
• 現在および将来のニュートリノ観測所におけるペブエネルギーのニュートリノが星族爆発銀河から観測可能かどうかを評価すること。

提案手法

• 星族爆発銀河内の宇宙線と星間ガスの相互作用に基づくニュートリノ生成モデルの再分析。
• 星族爆発銀河内での標準的な宇宙線およびガス密度仮定を用いて、パイオン崩壊によるニュートリノフラックスを推定。
• 300 TeV未満での得られたニュートリノフラックスを大気のニュートリノ背景フラックスと比較。
• 特にペブエネルギーのニュートリノに対して、現在および計画中のニュートリノ検出器の検出しきい値を評価。
• 星族爆発銀河とAGNモデルの予測フラックスを定量的に比較。
• パイオンの標準的粒子物理学的断面積および崩壊率を用いて、ニュートリノ生成量を推定。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 保守的な仮定のもとで、星族爆発銀河から実際に予測される高エネルギーニュートリノフラックスは何か？
• RQ2 星族爆発銀河からの予測フラックスは、大気のニュートリノ背景を超えて観測可能か？
• RQ3 ペブエネルギーにおいて、星族爆発銀河からの予測フラックスはAGNモデルと比べてどうなるか？
• RQ4 星族爆発銀河からのペブエネルギーのニュートリノは、現在または将来のニュートリノ検出器で観測可能だろうか？

主な発見

• 星族爆発銀河からのニュートリノフラックスは、ローブとワクスマンが以前に予測したよりも10倍以上も低い。
• 300 TeV未満のエネルギー範囲では、予測フラックスが大気のニュートリノ背景フラックスを下回り、このエネルギー範囲での検出は不可能である。
• ペブエネルギーのニュートリノは、他の源と比較してフラックスが極めて低いため、星族爆発銀河からの検出はほとんど期待できない。
• ペブエネルギーにおいて、星族爆発銀河からのニュートリノフラックスはAGNモデルの予測値よりも著しく低い。
• 最も有利な仮定のもとでも、背景の優位性と低めの固有フラックスのため、星族爆発銀河からの信号は依然として検出不能である。