[论文解读] Extragalactic neutrino factories

S. Buson, A. Tramacere+7 more|arXiv (Cornell University)|May 18, 2023

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 18

一句话总结

本文在5BZCat星系喷流体(GRB)与IceCube北半球中微子数据之间测试空间相关性，发现与南方结果结合时的全天空相关性显著，暗示星系外PeVatron喷流体可能是中微子源。

ABSTRACT

Identifying the astrophysical sources responsible for the high-energy cosmic neutrinos has been a longstanding challenge. In a previous work, we report evidence for a spatial correlation between blazars from the 5th Roma-BZCat catalog and neutrino data of the highest detectable energies, i.e. >0.1 PeV, collected by the IceCube Observatory in the southern celestial hemisphere. The statistical significance is found at the level of 2 x 10^{-6} post-trial. In this work we test whether a similar correlation exists in the northern hemisphere, were IceCube is mostly sensitive to <0.1 PeV energies. We find a consistent correlation between blazars and northern neutrino data at the pre-trial p-value of 5.12 x 10^{-4}, and a post-trial chance probability of 6.79 x 10^{-3}. Combining the post-trial probabilities observed for the southern and northern experiments yields a global post-trial chance probability of 2.59 x 10^{-7} for the genuineness of such correlation. This implies that the spatial correlation is highly unlikely to arise by chance. Our studies push forward an all-sky subset of 52 objects as highly likely PeVatron extragalactic accelerators.

研究动机与目标

• 推动搜索超新星遗迹以外的高能中微子天体源的动机。
• 通过分析独立数据集的IceCube北部数据，检验星流体是否为长期中微子发射体。
• 将全天空的星流体–中微子相关分析扩展到北半球，以与南半球结果进行比较。
• 使用稳健的试验后框架量化星流体–中微子关联的统计显著性。

提出的方法

• 使用IceCube9年北部天空图数据（μ子代理能量约TeV到<0.1 PeV）和5BZCat星流体目录（δ ≥ -3°, |b| > 10°）。
• 在选定的角度关联半径r_assoc及高L值阈值L_min之上，识别具有高L值的中微子热点（L = -log p）并在星流体周围进行关联。
• 进行位置逐对相关分析，允许最多一对一的关联，扫描L_min和r_assoc以获得测试统计量TS_astro。
• 通过对星流体位置进行蒙特卡洛随机化（1,000,000个目录），在保留星流体计数和空间分布的前提下估计试前p值。
• 通过考虑事后参数选择（L_min, r_assoc）并与北部对照样本比较来评估鲁棒性，计算试后p值。
• 使用Fisher方法结合北部和南部结果，以获得全球的试前和试后显著性。

实验结果

研究问题

• RQ1 5BZCat星流体是否在冰立方北半球中微子热点处空间相关？
• RQ2 北半球相关性是否与南半球结果一致，从而支持一群星系外的PeVatron加速器？
• RQ3 在考虑试验和多参数选择后，星流体–中微子关联的统计显著性如何？
• RQ4 全天空的星流体/中微子相关关系如何揭示PeVatron星流体及其全天空中微子发射的本质？

主要发现

• 北部分析在最佳参数（L_min = 3.0, r_assoc = 1.25°）下的试前p值为5.12×10^-4，试后p值为6.79×10^-3。
• 具有L≥3.0的北部中微子热点子样本包含66个热点，其中有42个与5BZCat星流体匹配。
• 北部与南部两极之间，合并的全球试后p值为2.59×10^-7，对应5.02σ显著性。
• 表格显示北部有42个匹配和66个与5BZCat有关的热点，与之相比南部有10个匹配和19个热点，试前值为3×10^-7、试后值为2×10^-6（Paper I）。
• 结果支持存在一个全天空的52个对象子集，极有可能是星系外的PeVatron加速器。