High-energy neutrinos from choked-jet supernovae: Searches and implications

被引：2

作者：

Chang, Po -Wen ^{[1
,2
]}

Zhou, Bei ^{[3
]}

Murase, Kohta ^{[4
,5
,6
,7
,8
]}

Kamionkowski, Marc ^{[3
]}

机构：

[1] Ohio State Univ, Ctr Cosmol & AstroParticle Phys CCAPP, Columbus, OH 43210 USA

[2] Ohio State Univ, Dept Phys, Columbus, OH 43210 USA

[3] Johns Hopkins Univ, William H Miller III Dept Phys & Astron, Baltimore, MD 21218 USA

[4] Penn State Univ, Dept Phys, University Pk, PA 16802 USA

[5] Penn State Univ, Dept Astron & Astrophys, University Pk, PA 16802 USA

[6] Penn State Univ, Inst Gravitat & Cosmos, Ctr Multimessenger Astrophys, University Pk, PA 16802 USA

[7] Inst Adv Study, Sch Nat Sci, Princeton, NJ 08540 USA

[8] Yukawa Inst Theoret Phys, Ctr Gravitat Phys & Quantum Informat, Kyoto, Kyoto 6068502, Japan

来源：

PHYSICAL REVIEW D | 2024年 / 109卷 / 10期

关键词：

GAMMA-RAY BURSTS; FOLLOW-UP; MUON NEUTRINOS; CATALOG; EMISSION; FLUX;

D O I：

10.1103/PhysRevD.109.103041

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

The origin of the high-energy astrophysical neutrinos discovered by IceCube remains largely unknown. Multimessenger studies have indicated that the majority of these neutrinos come from gamma-ray-dark sources. Choked-jet supernovae (cjSNe), which are supernovae powered by relativistic jets stalled in stellar materials, may lead to neutrino emission via photohadronic interactions while the coproduced gamma rays are absorbed. In this paper, we perform an unbinned maximum-likelihood analysis to search for correlations between IceCube's ten-year muon-track events and our SN Ib/c sample, collected from publicly available catalogs. In addition to the conventional power-law models, we also consider the impacts of more realistic neutrino emission models for the first time, and we study the effects of the jet beaming factor in the analyses. Our results show no significant correlation. Even so, the conservative upper limits we set to the contribution of cjSNe to the diffuse astrophysical neutrino flux still allow SNe Ib/c to be the dominant source of astrophysical neutrinos observed by IceCube. We discuss implications to the cjSNe scenario from our results and the power of future neutrino and supernova observations.

引用

页数：16

共 152 条

[1] IceCube-Gen2: the window to the extreme Universe [J].

Aartsen, M. G. ;

Abbasi, R. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Alispach, C. ;

Allison, P. ;

Amin, N. M. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I ;

Anton, G. ;

Arguelles, C. ;

Arlen, T. C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Balagopal, A., V ;

Barbano, A. ;

Bartos, I ;

Bastian, B. ;

Basu, V ;

Baum, V ;

Baur, S. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, K-H ;

Tjus, J. Becker ;

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Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

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Bohm, C. ;

Bohmer, M. ;

Boeser, S. ;

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Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

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Braun, J. ;

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Brostean-Kaiser, J. .

JOURNAL OF PHYSICS G-NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS, 2021, 48 (06)

[2] Detection of a particle shower at the Glashow resonance with IceCube [J].

Aartsen, M. G. ;

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Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Alispach, C. ;

Amin, N. M. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I. ;

Anton, G. ;

Arguelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

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Barbano, A. ;

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Bastian, B. ;

Basu, V. ;

Baum, V. ;

Baur, S. ;

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Beatty, J. J. ;

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Tjus, J. Becker ;

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BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

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Bindig, D. ;

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Bohm, C. ;

Boeser, S. ;

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Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

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[3] Characteristics of the Diffuse Astrophysical Electron and Tau Neutrino Flux with Six Years of IceCube High Energy Cascade Data [J].

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Bai, X. ;

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Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, K-H ;

Tjus, J. Becker ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Boeser, S. ;

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Boettcher, J. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Bron, S. ;

Brostean-Kaiser, J. ;

Burgman, A. ;

Buscher, J. ;

Busse, R. S. ;

Carver, T. ;

Chen, C. .

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Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

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Bindig, D. ;

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Blot, S. ;

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Boeser, S. ;

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Anderson, T. ;

Ansseau, I. ;

Anton, G. ;

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Auffenberg, J. ;

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Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Balagopal, A. ;

Barbano, A. ;

Barwick, S. W. ;

Bastian, B. ;

Baum, V. ;

Baur, S. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, K. -H. ;

Tjus, J. Becker ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

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Bindig, D. ;

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Altmann, D. ;

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Boser, S. ;

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[8] Neutrino emission from the direction of the blazar TXS 0506+056 prior to the IceCube-170922A alert [J].

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Boser, S. ;

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[9] A Search for Neutrino Emission from Fast Radio Bursts with Six Years of IceCube Data [J].

Aartsen, M. G. ;

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Boerner, M. ;

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Boeser, S. ;

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Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Brenzke, M. ;

Bretz, H-P ;

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Usner, M. ;

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Dumm, J. P. ;

Finley, C. ;

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Hultqvist, K. ;

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NATURE, 2017, 551 (7682) :596-+

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共 152 条

[1] IceCube-Gen2: the window to the extreme Universe [J].

Aartsen, M. G. ;

Abbasi, R. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

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Amin, N. M. ;

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Balagopal, A., V ;

Barbano, A. ;

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Baur, S. ;

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Beatty, J. J. ;

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BenZvi, S. ;

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JOURNAL OF PHYSICS G-NUCLEAR AND PARTICLE PHYSICS, 2021, 48 (06)

[2] Detection of a particle shower at the Glashow resonance with IceCube [J].

Aartsen, M. G. ;

Abbasi, R. ;

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Adams, J. ;

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Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Balagopal, A. V. ;

Barbano, A. ;

Barwick, S. W. ;

Bastian, B. ;

Basu, V. ;

Baum, V. ;

Baur, S. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Becker, K. -H. ;

Tjus, J. Becker ;

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BenZvi, S. ;

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Braun, J. ;

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Brostean-Kaiser, J. ;

Burgman, A. ;

Buscher, J. .

NATURE, 2021, 591 (7849) :220-+

[3] Characteristics of the Diffuse Astrophysical Electron and Tau Neutrino Flux with Six Years of IceCube High Energy Cascade Data [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

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Auffenberg, J. ;

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[4] A Search for MeV to TeV Neutrinos from Fast Radio Bursts with IceCube [J].

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Tjus, J. Becker ;

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Tjus, J. Becker ;

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Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

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Bohm, C. ;

Borner, M. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bottcher, J. ;

Bourbeau, E. ;

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Braun, J. ;

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Burgman, A. ;

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[6] Search for neutrinos from decaying dark matter with IceCube: IceCube Collaboration [J].

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Berley, D. ;

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Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

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Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bourbeau, E. ;

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EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2018, 78 (10)

[7] Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A [J].

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Altmann, D. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I. ;

Anton, G. ;

Arguelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Barron, J. P. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Borner, M. ;

Bos, F. ;

Boser, S. ;

Botner, O. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Brenzke, M. ;

Bretz, H. -P. ;

Bron, S. ;

Brostean-Kaiser, J. ;

Burgman, A. ;

Busse, R. S. ;

Carver, T. ;

Cheung, E. ;

Chirkin, D. .

SCIENCE, 2018, 361 (6398)

[8] Neutrino emission from the direction of the blazar TXS 0506+056 prior to the IceCube-170922A alert [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Al Samarai, I. ;

Altmann, D. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I. ;

Anton, G. ;

Arguelles, C. ;

Arsioli, B. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Barron, J. P. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V. ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K. -H. ;

Ben Zvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Borner, M. ;

Bos, F. ;

Boser, S. ;

Botner, O. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Brenzke, M. ;

Bretz, H. -P. ;

Bron, S. ;

Brostean-Kaiser, J. ;

Burgman, A. ;

Busse, R. S. ;

Carver, T. ;

Cheung, E. .

SCIENCE, 2018, 361 (6398) :147-+

[9] A Search for Neutrino Emission from Fast Radio Bursts with Six Years of IceCube Data [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Al Samarai, I ;

Altmann, D. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I ;

Anton, G. ;

Arguelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

Axani, S. ;

Bagherpour, H. ;

Bai, X. ;

Barron, J. P. ;

Barwick, S. W. ;

Baum, V ;

Bay, R. ;

Beatty, J. J. ;

Tjus, J. Becker ;

Becker, K-H ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Boerner, M. ;

Bos, F. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Brenzke, M. ;

Bretz, H-P ;

Bron, S. ;

Brostean-Kaiser, J. ;

Burgman, A. ;

Busse, R. S. ;

Carver, T. ;

Cheung, E. ;

Chirkin, D. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2018, 857 (02)

[10] Measurement of the multi-TeV neutrino interaction cross-section with IceCube using Earth absorption [J].

Aartsen, M. G. ;

Hill, G. C. ;

Kyriacou, A. ;

Robertson, S. ;

Wallace, A. ;

Whelan, B. J. ;

Ackermann, M. ;

Bernardini, E. ;

Blot, S. ;

Bradascio, F. ;

Bretz, H. -P. ;

Brostean-Kaiser, J. ;

Franckowiak, A. ;

Jacobi, E. ;

Karg, T. ;

Kintscher, T. ;

Kunwar, S. ;

Nahnhauer, R. ;

Satalecka, K. ;

Spiering, C. ;

Stachurska, J. ;

Stasik, A. ;

Strotjohann, N. L. ;

Terliuk, A. ;

Usner, M. ;

van Santen, J. ;

Adams, J. ;

Bagherpour, H. ;

Aguilar, J. A. ;

Ansseau, I. ;

Heereman, D. ;

Meagher, K. ;

Meures, T. ;

O'Murchadha, A. ;

Pinat, E. ;

Raab, C. ;

Ahlers, M. ;

Koskinen, D. J. ;

Larson, M. J. ;

Medici, M. ;

Rameez, M. ;

Ahrens, M. ;

Bohm, C. ;

Dumm, J. P. ;

Finley, C. ;

Flis, S. ;

Hultqvist, K. ;

Walck, C. ;

Zoll, M. ;

Al Samarai, I. .

NATURE, 2017, 551 (7682) :596-+

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