[论文解读] Search for Correlations of High-energy Neutrinos Detected in IceCube with Radio-bright AGN and Gamma-Ray Emission from Blazars

R. Abbasi, M. Ackermann+404 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2023

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用 6

一句话总结

本研究通过使用更新的星表并改进空间不确定性建模，重新评估了高能IceCube中微子与射电明亮AGN之间声称的3σ相关性。采用Plavin等人（2020年）的方法进行重新分析，发现当使用更精确的中微子角分辨率模型时，相关性不再显著，表明先前结果可能源于对角不确定性估计过高以及原始分析中的系统性误差。

ABSTRACT

The IceCube Neutrino Observatory sends realtime neutrino alerts with high probability of being astrophysical in origin. We present a new method to correlate these events and possible candidate sources using $2,089$ blazars from the Fermi-LAT 4LAC-DR2 catalog and with $3,413$ AGNs from the Radio Fundamental Catalog. No statistically significant neutrino emission was found in any of the catalog searches. The result is compatible with a small fraction, $<1$%, of AGNs being neutrino emitters and prior evidence for neutrino emission presented by IceCube and other authors from sources such as TXS 0506+056 and PKS 1502+06. We also present cross-checks to other analyses that claim a significant correlation using similar data samples, and we find that adding more information on the neutrino events and more data overall makes the result compatible with background.

研究动机与目标

• 测试Plavin等人（2020年）报告的高能IceCube中微子与射电明亮AGN之间3σ相关性的稳健性。
• 评估当使用更新的IceCat-1中微子星表和更新的射电暗星表（RFC 2022a）时，该相关性是否仍然存在。
• 研究角不确定性缩放和系统性误差建模对中微子-AGN相关性显著性的影响。
• 确定原始相关性信号是否源于信号模型中空间概率密度函数（PDF）过于简化的结果。

提出的方法

• 使用IceCat-1中微子星表和RFC 2022a AGN星表，重新实现Plavin等人（2020年）的方法。
• 应用基于重建中微子误差椭圆的时空信号PDF，通过1.3倍缩放因子调整，以补偿二维与一维高斯分位数的差异。
• 在所有方向引入额外的0.5°系统性不确定性项，以考虑未知偏差，并通过最小化预试验p值进行优化。
• 采用简化的空间重合模型，其中信号PDF在缩放后的误差椭圆内为1，外部为0，替代完整的点扩散函数。
• 在四种测试配置下比较结果：是否进行缩放，分别使用IceCat-1和原始警报式事件星表。
• 将检验统计量（TS）定义为所有AGN的信号PDF值之和，并计算p值以评估显著性。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用更新的中微子和AGN星表时，高能IceCube中微子与射电明亮AGN之间的3σ相关性是否仍然存在？
• RQ2 对角不确定性进行缩放（1.3倍并增加0.5°）如何影响中微子-AGN相关性的显著性？
• RQ3 原始相关性信号是否由角不确定性估计过高或空间PDF建模缺陷引起？
• RQ4 在使用更精确的中微子位置不确定性模型时，Plavin等人（2020年）中四个最显著的相关性是否仍然存在？
• RQ5 当使用IceCat-1星表和RFC 2022a星表，并保持不确定性处理一致时，能否重现原始相关性？

主要发现

• 当使用IceCat-1星表和RFC 2022a星表并正确建模不确定性时，Plavin等人（2020年）报告的原始3σ相关性未被证实。
• 在使用IceCat-1 + RFC 2022a数据集并进行缩放时，最低p值为0.048（1.67σ显著性），表明无充分证据支持相关性。
• 当不进行角不确定性缩放时，p值上升至0.32，进一步削弱了显著性主张。
• 原始相关性信号主要由四个位于原始90%误差椭圆之外的AGN源驱动，表明它们与中微子并无真正关联。
• 当使用基于完整重建似然性的更精确空间PDF时，显著性显著下降，表明先前结果很可能是过于简化的误差建模所致的产物。
• 在重新分析中唯一持续存在的相关性是与一个高信号性中微子和一个明亮AGN之间的关联，但其并不导致整体过剩的显著性。