[論文レビュー] Multi-messenger interpretation of neutrinos from TXS 0506+056

Walter Winter, Shan Gao+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2019

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 21被引用数 1

ひとこと要約

本稿は、Blazar TXS 0506+056 からの高エネルギーニュートリノのマルチメッセンジャー解釈を検討し、2014–15年および2017年の活動期に焦点を当てる。1ゾーン光荷重模型では、両活動期を同時に説明することが困難であることが示され、特に2014–15年の活動期では、過剰な電磁カスケードエネルギーと観測された活動期の欠如により、説明が難しい。より複雑な源の幾何構造、例えば降着円盤および幅広線領域からの外部放射場を含むモデルは、2017年の活動期をX線およびVHEガンマ線データと整合可能にしているが、2014–15年の活動期は標準的モデルでは一致しない。これは、特異な構成が仮定されない限り成立しない。

ABSTRACT

We discuss possible interpretations of the neutrinos observed from the AGN blazar TXS 0506+056 in the multi-messenger and multi-wavelength context, including both the 2014-15 and 2017 neutrino flares. While the neutrino observed in September 2017 has to describe contemporary data in e.g. the X-ray and VHE gamma-ray ranges, data at the 2014-15 excess are much sparser. We demonstrate that in both cases the simplest possible one-zone AGN blazar models face challenges. While the 2017 flare can be well interpreted by considering more sophisticated source geometries, the 2014-15 flare is much harder to describe with conventional models. One challenge is the energy injected into the electromagnetic cascade coming together with the neutrino production, which cannot be reconciled with the 13 observed neutrino events. We also speculate if a common interpretation of both flares is feasible.

研究の動機と目的

• 2014–15年および2017年の活動期におけるTXS 0506+056からのマルチワーブルおよびマルチメッセンジャー観測データを解釈すること。
• 1ゾーン光荷重模型が両ニュートリノ活動期を一貫して説明できるかを評価すること。
• 降着円盤および幅広線領域からの外部放射場が、ニュートリノ生成効率を高める役割を果たすかを調査すること。
• 予測された電磁カスケードが観測されたX線およびVHEガンマ線データと整合するかを評価すること。
• 異なる電磁的活動を示すにもかかわらず、2014–15年および2017年の両活動期を一貫した物理的モデルで説明できるかを検討すること。

提案手法

• 相対論的ジェットのブロブ内における電子、陽子、光子、二次粒子の偏微分方程式系を解く。
• 全光度、注入スペクトル、源の幾何構造を含む、数百万ものモデル設定を含むパラメータースペースの広範なスキャンを実施。
• 観測者フレームの放射をジェットフレームに変換するため、相対論的ドップラー効果を用いた1ゾーンブロブモデルを用いてニュートリノ生成計算を実施。
• ジェットフレーム内での強化されたpγ衝突をモデル化するため、降着円盤および幅広線領域（BLR）からの外部放射場を組み込む。
• 宇宙背景光（EBL）およびBLR内でのガンマ線のエネルギ依存性吸収を扱う。
• IceCube観測結果、特に13イベントの2014–15年過剰と1つの2017年イベントと比較して、モデル予測のニュートリノイベントレートおよびスペクトルを評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1ゾーン光荷重模型は、TXS 0506+056の2014–15年および2017年の両ニュートリノ活動期を一貫して説明できるか？
• RQ2 降着円盤およびBLRからの外部放射場は、ジェットフレーム内でのニュートリノ生成効率を高める役割を果たすか？
• RQ3 2014–15年のニュートリノ活動期では、高いニュートリノイベント数にもかかわらず、観測された電磁的活動期が見られないにもかかわらず、なぜ標準的モデルと整合しないのか？
• RQ4 EBLおよびBLR吸収は、これらのモデルにおける高エネルギーガンマ線およびニュートリノスペクトルにどのように影響を与えるか？
• RQ5 2014–15年および2017年の両活動期を一貫した物理的解釈で説明できるか、それとも根本的に異なる源の幾何構造を要するのか？

主な発見

• 1ゾーン光荷重模型では、2014–15年のニュートリノ活動期を説明できない。これは、観測された13イベントと整合できない過剰な電磁カスケードエネルギーによるものである。
• 2017年のニュートリノイベントは、降着円盤およびBLRからの外部放射場を含むモデルによって一貫して説明可能であり、ジェットフレーム内での有効放射密度を向上させる。
• 外部放射場モデルでは、2014–15年の活動期中に最大4〜5イベントのニュートリノが予測され、スペクトル仮定を考慮すれば観測された13±5イベント過剰と一致する。
• このようなモデルにおける予測されたニュートリノスペクトルは、将来的なIceCube解析を通じてテスト可能であり、特にスペクトル形状および高エネルギー端末特徴が注目される。
• pγ衝突による効率的なニュートリノ生成には、強い外部放射場が必要であり、これは最近の証拠がTXS 0506+056がFSRQである可能性を示唆していることと整合する。
• 2014–15年のニュートリノ活動期に同時期の電磁的活動期が観測されなかったことは、イベント過剰の統計的有意性に疑問を呈し、従来のハドロニクス模型に挑戦をもたらす。