[论文解读] Search for Neutrinos from the Tidal Disruption Events AT2019dsg and AT2019fdr with the ANTARES Telescope

A. Albert, S. Alves+141 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2021

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 27被引用 9

一句话总结

本研究利用 ANTARES 中微子望远镜搜索来自两个潮汐瓦解事件（TDEs）AT2019dsg 和 AT2019fdr 的高能中微子。尽管未探测到显著信号，仍设定了 90% 置信水平下的一味中微子通量和辐照度上限，表明当前 TDE 中微子辐射模型尚未被 ANTARES 的灵敏度所约束。

ABSTRACT

On 2019 October 1, the IceCube Collaboration detected a muon track neutrino with a high probability of being of astrophysical origin, IC191001A. After a few hours, the tidal disruption event (TDE) AT2019dsg, observed by the Zwicky Transient Facility (ZTF), was indicated as the most likely counterpart of the IceCube track. More recently, the follow-up campaign of the IceCube alerts by ZTF suggested a second TDE, AT2019fdr, as a promising counterpart of another IceCube muon track candidate, IC200530A, detected on 2020 May 30. Here, these intriguing associations are followed-up by searching for neutrinos in the ANTARES detector from the directions of AT2019dsg and AT2019fdr using a time-integrated approach. As no significant evidence for space clustering is found in the ANTARES data, upper limits on the one-flavor neutrino flux and fluence are set.

研究动机与目标

• 利用 ANTARES 中微子望远镜搜索来自潮汐瓦解事件 AT2019dsg 和 AT2019fdr 的稳定高能中微子辐射。
• 检验这些 TDE 是否可能为高能中微子源，依据其位置与 IceCube μ 子中微子事件 IC191001A 和 IC200530A 的重合。
• 在未探测到显著信号的前提下，设定 90% 置信水平下的一味中微子通量和辐照度上限。
• 评估理论 TDE 中微子辐射模型与 ANTARES 数据观测上限的相容性。
• 评估下一代中微子望远镜（如 KM3NeT）在灵敏度方面未来改进的潜力。

提出的方法

• 对自 AT2019dsg 和 AT2019fdr 发现以来收集的全部 ANTARES 数据集进行时间积分搜索。
• 采用似然方法检验 AT2019dsg 和 AT2019fdr 天区是否存在信号过量，假设中微子能谱为幂律谱，谱指数为 γ。
• 基于轨迹型事例拓扑结构和重建能量选择中微子事例，利用角分辨率和背景建模定义信号区域。
• 针对 γ = 2.0、2.5 和 3.0，计算中微子通量归一化（Φ₀）和辐照度（F）的上限，能量范围选取包含 90% 预期信号事例的部分。
• 辐照度定义为在观测时长 ∆t 和能量范围 [Emin, Emax] 内的时间积分能量通量，F = ∆t × Φ₀ × ∫(Eν × (Eν/1 GeV)^−γ) dEν。
• 通过似然拟合获得的 p 值评估任何信号的显著性，报告单侧显著性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 ANTARES 数据中，AT2019dsg 和 AT2019fdr 方向是否存在高能中微子的显著过量？
• RQ2 这些 TDE 的 90% 置信水平下，一味中微子通量和辐照度的上限是多少？
• RQ3 这些上限如何约束 TDE 中微子辐射的理论模型？
• RQ4 ANTARES 数据能否探测到与 IceCube 中微子候选体 IC191001A 和 IC200530A 一致的 TDE 中微子辐射？
• RQ5 ANTARES 对 TDE 中微子辐射的灵敏度如何？与 KM3NeT 等未来探测器相比如何？

主要发现

• 在 ANTARES 数据中未探测到来自 AT2019dsg 或 AT2019fdr 的显著中微子信号，最高局部显著性为 AT2019fdr 的 1.5σ（p 值 = 6.7%），对应 E⁻².⁰ 能谱。
• 对于 AT2019dsg，E⁻³.⁰ 能谱下最佳拟合信号事例数为 0.7 个（p 值 = 8.9%），对应 1.3σ 显著性。
• 在 γ = 3.0 时，AT2019dsg 的一味中微子通量归一化 Φ₀ 的 90% 置信水平上限为 1.2 × 10⁻³ GeV⁻¹cm⁻²s⁻¹，AT2019fdr 的上限为 2.0 × 10⁻³ GeV⁻¹cm⁻²s⁻¹。
• 在 γ = 3.0 时，AT2019dsg 的一味中微子辐照度 F 上限为 2.0 × 10⁻³ GeVcm⁻²，AT2019fdr 的上限为 3.0 × 10⁻³ GeVcm⁻²，能量范围为 2.1–4.7 GeV。
• 这些上限过高，无法约束当前 TDE 中微子辐射的理论模型，因为理论模型预测的通量低于 ANTARES 的灵敏度。
• 未来通过堆叠分析和时变分析，结合 KM3NeT 的更高灵敏度，有望显著提升探测 TDE 中微子辐射的潜力。