[论文解读] Discovery of the multi-messenger gamma-ray counterpart of the IceCube neutrino signal

A. Neronov, M. Kachelrieß+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 27, 2018

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 2

一句话总结

该论文通过费米望远镜在高银纬区域探测到的弥漫伽马射线发射，识别出冰立方高能中微子信号的多TeV伽马射线对应体。这一多信使关联表明，宇宙中微子通量的显著部分可能起源于银河系内部，可能来自未知的附近宇宙射线PeVatron源或衰变的重暗物质粒子。

ABSTRACT

A signal of high-energy extraterrestrial neutrinos from unknown source(s) was recently discovered by the IceCube experiment. Neutrinos are always produced together with gamma-rays, but the gamma-ray flux from extragalactic sources is suppressed due to attenuation in the intergalactic medium. We report the discovery of the multi-TeV gamma-ray counterpart of the IceCube neutrino signal in the form of high Galactic latitude diffuse emission observed by the Fermi telescope. The detection of the gamma-ray counterpart suggests that a sizable part of the neutrino flux originates from the Milky Way. The diffuse multi-messenger (neutrino and gamma-ray) signal at high Galactic latitudes could originate either from previously unknown nearby cosmic ray PeVatron source(s) or from decays of heavy dark matter particles.

研究动机与目标

• 识别冰立方高能中微子信号的伽马射线对应体。
• 研究冰立方探测到的弥漫宇宙外中微子通量的起源。
• 确定中微子与伽马射线信号是否起源于银河系内部或河外源。
• 评估附近宇宙射线PeVatron源或重暗物质粒子衰变在此观测到的多信使信号产生中的作用。

提出的方法

• 分析费米望远镜提供的高银纬弥漫伽马射线发射数据。
• 比较费米望远镜的弥漫伽马射线发射在空间分布与能谱特性上与冰立方中微子信号的一致性。
• 评估观测到的伽马射线通量与已知河外衰减模型的兼容性。
• 评估两种天体物理情景：附近的PeVatron源和重暗物质粒子的衰变。
• 利用多信使一致性约束中微子通量的起源。
• 应用星系际伽马射线衰减模型以检验河外源假设。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高银纬区域，是否存在可探测到的冰立方中微子信号的伽马射线对应体？
• RQ2 观测到的伽马射线发射是否表明其起源在银河系内部而非河外源？
• RQ3 附近的宇宙射线PeVatron源能否解释弥漫中微子与伽马射线通量？
• RQ4 该通量能否由重暗物质粒子的衰变解释？
• RQ5 星系际伽马射线衰减如何影响对观测到的多信使信号的解释？

主要发现

• 在高银纬区域识别出与冰立方中微子信号对应的弥漫多TeV伽马射线发射。
• 伽马射线通量与银河系内产生一致，表明中微子通量的显著部分起源于我们银河系内部。
• 由于强烈的星系际伽马射线衰减，河外源模型不被支持，这将抑制预期的通量。
• 观测信号与附近的宇宙射线PeVatron源或重暗物质粒子衰变均相容。
• 高银纬区域的多信使信号为高能中微子通量的银河系起源提供了有力证据。
• 结果挑战了中微子通量必须起源于河外源的假设。