[论文解读] Search for GeV flare coincident with the IceCube neutrino flare

Yun-Feng Liang, Hao-Ning He+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 13, 2018

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 3被引用 7

一句话总结

本研究调查了2014年9月至2015年3月期间冰立方中微子耀发可能并非仅源自之前假设的耀变体TXS 0506+056，而是可能显著受到距离仅1.2°的附近高度活跃的FSRQ PKS 0502+049的贡献。费米-LAT数据分析显示，该源在此期间出现了强烈的GeV伽马射线耀发，且其位置位于七个中微子事件的角分辨率不确定范围内，因此其对中微子耀发的贡献无法被排除，从而挑战了先前分析中单一来源的假设。

ABSTRACT

Recently the IceCube collaboration and 15 other collaborations reported the spatial and temporal coincidence between the neutrino event IceCube-170922A and the radio-TeV activity of the blazar TXS 0506+056. Their further analysis on 9.5 years of IceCube data discovered neutrino flare between September 2014 and March 2015, when TXS 0506+056 is however in "quiescent" state. We analyze the Fermi-LAT data in that direction, and find another bright GeV source PKS 0502+049, which is at an angle of $1.2^{\circ}$ from TXS 0506+056, with strong activties during the neutrino flare. No other bright GeV source was detected in the region of interest. Though PKS 0502+049 is $1.2^\circ$ separated from TXS 0506+056, it locates within the directional reconstruction uncertainties of 7 neutrinos, out of the 13 neutrino events during the neutrino flare. Together with the observed high flux of the $γ$-ray flare, it may be unreasonable to fully discard the (partial) contribution of PKS 0502+049 to the neutrino flare. The single source assumption used in the neutrino data analysis might need to be revisited.

研究动机与目标

• 调查在冰立方中微子耀发期间（2014年9月至2015年3月），尽管TXS 0506+056处于平静状态，该耀发是否可能与其他源有关。
• 检查TXS 0506+056方向的费米-LAT数据，以识别任何在耀发期间明亮且耀发的GeV源。
• 评估位于TXS 0506+056 1.2°处的PKS 0502+049是否因高GeV活动及角重建不确定范围内的邻近性，而可能成为观测中微子耀发的重要贡献者。
• 评估原始冰立方分析（IceCube Collaboration et al., 2018b）中单一来源假设是否因附近活跃源（如PKS 0502+049）的潜在污染而无效。

提出的方法

• 对2010年5月至2018年5月期间的费米-LAT Pass 8数据进行了能量范围为100 MeV至500 GeV的无源似然分析。
• 使用以PKS 0502+049为中心、半径10°的感兴趣区域（ROI），源模型包括费米-LAT FL8Y源和弥漫背景。
• 通过固定全局拟合得到的谱指数，仅允许每时间区间的预因子变化，推导出TXS 0506+056和PKS 0502+049的光曲线。
• 对于某时间区间内测试统计量（TS）> 25的源，也允许谱指数变化以提高灵敏度。
• 测量PKS 0502+049与TXS 0506+056之间的角距离为1.2°，并评估13个中微子事件的方向重建不确定度，以评估潜在重叠。
• 通过比较伽马射线光度和喷流特性，评估各源通过强子-核子相互作用产生高能中微子的相对潜力。

实验结果

研究问题

• RQ1 尽管TXS 0506+056在耀发期间处于平静状态，2014年9月至2015年3月期间观测到的冰立方中微子耀发是否可能起源于其他源？
• RQ2 PKS 0502+049位于TXS 0506+056 1.2°处，是否因其在耀发期间的强烈GeV活动而成为中微子耀发的可行替代或附加来源？
• RQ3 中微子事件方向重建的角不确定度在多大程度上允许将PKS 0502+049视为观测中微子耀发的合理贡献者？
• RQ4 PKS 0502+049观测到的高GeV伽马射线通量，结合其宽线区（BLR）和高黑洞质量，是否使其比TXS 0506+056更可能成为强子中微子产生的来源？
• RQ5 由于附近高度活跃源（如PKS 0502+049）的潜在污染，原始冰立方分析中的单一来源假设是否可能无效？

主要发现

• 在冰立方中微子耀发期间（2014年9月至2015年3月），PKS 0502+049表现出强烈的GeV伽马射线耀发，其通量显著高于TXS 0506+056。
• PKS 0502+049与TXS 0506+056之间的角距离为1.2°，位于13个中微子事件中七个的方位重建不确定范围内。
• PKS 0502+049的伽马射线光度约为TXS 0506+056的两个数量级，且其拥有宽线区（BLR），支持其通过强子-核子相互作用产生中微子的潜力。
• 在耀发期间，与PKS 0502+049相关的μ中微子观测数（Nνμ^obs）为8，而TXS 0506+056为13，表明前者贡献不可忽视。
• PKS 0502+049的高GeV活动，结合其邻近性与BLR，表明其可能是中微子耀发的重要来源，从而挑战了原始单一来源的解释。
• TXS 0506+056的GeV伽马射线发射可能高度衰减（约70%）或源自非强子-核子相互作用过程，这一可能性无法被排除，进一步削弱了其作为唯一来源的论据。