[论文解读] Multi-TeV gamma-rays and neutrinos from the Galactic Center region

S. Celli, Andrea Palladino+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2016

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 3

一句话总结

本文通过分析 HESS 的多 TeV 伽马射线数据并预测中微子探测前景，研究了银河系中心可能存在强子型 PeVatron 的可能性。结果表明，北半球的 km³ 级中微子望远镜可检验银河系强子型 PeVatron 的存在，并识别首个高能中微子源。

ABSTRACT

The proposal for a PeVatron in the Galactic Center from the recent multi-TeV measurements of HESS triggers the search for neutrinos from this source. We check that the absorption of gamma-rays in our Galaxy is not relevant at the measured energies, except perhaps for the gamma coming from the very Center. We derive precise upper limits on neutrinos fluxes. The expected number of events for ANTARES, IceCube and KM3NeT are calculated. We conclude that km-cube-class telescopes in the Northern hemisphere can check existence of a hadronic PeV galactic accelerator and have the potential of identifying for the first time one source of high energy neutrinos.

研究动机与目标

• 基于 HESS 近期对多 TeV 伽马射线的观测，评估从银河系中心区域探测高能中微子的可行性。
• 评估银河系内伽马射线吸收对观测流量的影响，特别是靠近银河系中心区域的影响。
• 基于观测到的伽马射线流量和吸收效应，推导出银河系中心中微子流量的精确上限。
• 预测主要中微子观测站（如 ANTARES、IceCube 和 KM3NeT）可探测到的中微事件数量。
• 确定北半球的 km³ 级中微子望远镜是否能够证实或排除银河系中心存在强子型 PeVatron。

提出的方法

• 利用 HESS 实验的多 TeV 伽马射线数据，约束银河系中心区域的辐射特性。
• 对银河系星际介质中的伽马射线吸收进行建模，特别是对中心极区域的影响，以评估其对观测流量的影响。
• 基于观测到的伽马射线流量和吸收效应，计算理论上的中微子流量上限。
• 利用推导出的流量上限，预测三大主要中微子望远镜——ANTARES、IceCube 和 KM3NeT——的预期中微子事件数量。
• 评估北半球 km³ 级中微子望远镜探测银河系中心强子型 PeVatron 信号的灵敏度。

实验结果

研究问题

• RQ1 银河系中心观测到的多 TeV 伽马射线辐射能否由强子型 PeVatron 解释？
• RQ2 银河系内伽马射线吸收在多 TeV 能段的高能伽马射线观测中有多重要，特别是在银河系中心区域？
• RQ3 基于当前伽马射线数据，银河系中心高能中微子流量的最严格上限是什么？
• RQ4 在潜在的银河系中心 PeVatron 情况下，ANTARES、IceCube 和 KM3NeT 可预期探测到多少个中微子事件？
• RQ5 北半球的 km³ 级中微子望远镜能否探测或识别首个银河系高能中微子源？

主要发现

• 在多 TeV 能段，银河系内伽马射线吸收可忽略不计，除非辐射源来自银河系中心极区域。
• 本文基于 HESS 伽马射线测量数据和吸收建模，推导出银河系中心中微子流量的精确上限。
• 已预测 ANTARES、IceCube 和 KM3NeT 的可探测中微子事件数量，KM3NeT 展现出显著的探测潜力。
• 北半球的 km³ 级中微子望远镜具备检验银河系中心强子型 PeVatron 存在性的能力。
• 这些望远镜有潜力识别首个高能中微子源，标志着多信使天文学的重大突破。