[论文解读] TANAMI counterparts to IceCube high-energy neutrino events

F. Krauß, Bingjie Wang+9 more|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2015

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用 9

一句话总结

本研究调查了冰立方事件IC4误差区域内四个耀变体的多波长特性，该事件为一次高能（165 TeV）中微子事件，角位置不确定性较低（7.1°）。通过构建全波段能谱分布（SED）并建模喷流中的π介子光致产生过程，作者发现这四个源的联合中微子通量与观测到的冰立方通量一致，表明弥漫的河外中微子背景最可能由未解析耀变体的总辐射贡献解释，而非单个源的贡献。

ABSTRACT

Since the discovery of a neutrino flux in excess of the atmospheric background by the IceCube Collaboration, searches for the astrophysical sources have been ongoing. Due to the steeply falling background towards higher energies, the PeV events detected in three years of IceCube data are the most likely ones to be of extraterrestrial origin. Even excluding the PeV events detected so far, the neutrino flux is well above the atmospheric background, so it is likely that a number of sub-PeV events originate from the same astrophysical sources that produce the PeV events. We study the high-energy properties of AGN that are positionally coincident with the neutrino events from three years of IceCube data and show the results for event number 4. IC 4 is a event with a low angular error (7.1$^\circ$) and a large deposited energy of 165 TeV. We use multiwavelength data, including Fermi/LAT and X-ray data, to construct broadband spectra and present parametrizations of the broadband spectral energy distributions with logarithmic parabolas. Assuming the X-ray to γ-ray emission in blazars originates in the photoproduction of pions by accelerated protons, their predicted neutrino luminosity can be estimated. The measurements of the diffuse extragalactic background by Fermi/LAT gives us an estimate of the flux contributions from faint unresolved blazars. Their contribution increases the number of expected events by a factor of $\sim$2. We conclude that the detection of the IceCube neutrinos IC4, IC14, and IC20 can be explained by the integral emission of blazars, even though no individual source yields a sufficient energy output.

研究动机与目标

• 识别并表征与高能冰立方中微子事件相关的天体物理源。
• 检验弥漫的河外中微子背景是否可由耀变体的总辐射解释。
• 评估IC4误差区域内单个明亮耀变体是否足以解释观测到的中微子通量。
• 估算暗淡、未解析耀变体对弥漫中微子背景的贡献。

提出的方法

• 获取了TANAMI VLBI、Fermi-LAT和X射线观测数据，覆盖IC4误差区域内的活动星系核。
• 使用对数抛物线参数化方法构建从X射线到γ射线波段的全波段能谱分布（SED）。
• 应用强子辐射模型，假设在相对论性喷流中通过π介子光致产生过程，基于观测的γ射线通量估算中微子通量。
• 计算了在998天内，IC4区域中四个2LAC源的预期中微子事件率。
• 利用Fermi-LAT测量的弥漫河外背景辐射（F100 MeV−820 GeV = 7.2 ± 0.6 × 10−6 ph/cm²/s/sr）估算未解析耀变体的贡献。
• 将预测的中微子通量与观测到的冰立方事件率进行比较，同时考虑光谱形状不确定性和轻子污染的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 高能中微子事件IC4能否由其误差区域内单个耀变体的辐射解释？
• RQ2 假设通过π介子光致产生过程产生强子辐射，四个最亮耀变体在IC4误差区域内的预期中微子通量是多少？
• RQ3 暗淡、未解析耀变体在IC4区域弥漫河外中微子背景中的贡献程度如何？
• RQ4 尽管总通量匹配，为何单个明亮耀变体无法解释观测到的冰立方中微子通量？

主要发现

• 在998天内，IC4区域中四个2LAC源的联合预期中微子通量为1.18 ± 0.18个事件，与观测到的事件数非常接近。
• IC4区域中没有任何一个明亮耀变体能产生足够多的中微子以解释观测到的通量，表明必须依赖集体辐射。
• 暗淡、未解析耀变体对弥漫中微子通量的贡献使预期事件率提高了约2倍。
• 观测到的冰立方中微子通量与耀变体群体的总辐射一致，包括已解析和未解析源。
• Fermi-LAT测量的弥漫河外背景辐射（7.2 ± 0.6 × 10−6 ph/cm²/s/sr）支持未解析耀变体在IC4区域主导通量贡献的假设。
• 结果与弥漫河外中微子背景起源于耀变体集体辐射而非单个源的假设一致。