[论文解读] 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 4

一句话总结

本文重新評估了星暴星系通過宇宙射線與星際氣體相互作用產生可觀測的高能中微子的假設，結論認為預測的中微子通量比以往估算低了一個多甲子。因此，星暴星系的中微子在300 TeV以下將因大氣中微子背景過於強大而無法探測，即使在PeV能量範圍內也很可能無法觀測到，特別是與AGN模型預測的通量相比。

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.

研究动机与目标

• 重新評估Loeb與Waxman針對星暴星系所預測的高能中微子通量。
• 確定這些中微子是否可於大氣中微子背景之上被探測到。
• 將星暴星系預測的中微子通量與其他河外來源（特別是AGN）進行比較。
• 評估當前與未來中微子觀測站對星暴星系中PeV能量中微子的可探測性。

提出的方法

• 基於星暴星系中宇宙射線與星際氣體相互作用的中微子產生模型重新分析。
• 在星暴星系內採用標準的宇宙射線與氣體密度假設，以估算π介子衰變產生的中微子通量。
• 將所得中微子通量與300 TeV以下的大氣中微子背景通量進行比較。
• 評估當前與計畫中中微子探測器的可探測性閾值，特別是對PeV能量中微子的探測。
• 對星暴星系與AGN模型預測通量進行定量比較。
• 應用標準粒子物理截面與π介子衰變速率，以估算中微子產量。

实验结果

研究问题

• RQ1 在保守假設下，星暴星系實際預期的高能中微子通量是多少？
• RQ2 星暴星系預測的中微子通量是否可於大氣中微子背景之上被探測到？
• RQ3 在PeV能量下，星暴星系預測的通量與AGN模型相比如何？
• RQ4 星暴星系的PeV能量中微子是否可能被當前或未來的中微子探測器觀測到？

主要发现

• 星暴星系的中微子通量比Loeb與Waxman先前預測的低了一個多甲度以上。
• 在300 TeV以下能量範圍，預測通量低於大氣中微子背景通量，導致此能量範圍內無法探測。
• 由於相對於其他來源通量過低，星暴星系的PeV能量中微子極不可能被探測到。
• 在PeV能量下，星暴星系的中微子通量遠低於AGN模型預測的通量。
• 即使在最有利的假設下，由於背景主導與本徵通量過低，星暴星系的信號仍無法探測。