Neutrino observations of LHAASO sources: Present constraints and future prospects

被引：10

作者：

Huang, Tian-Qi ^{[1
,2
]}

Li, Zhuo ^{[1
,2
]}

机构：

[1] Peking Univ, Sch Phys, Dept Astron, Beijing 100871, Peoples R China

[2] Peking Univ, Kavli Inst Astron & Astrophys, Beijing 100871, Peoples R China

来源：

MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY | 2022年 / 514卷 / 01期

关键词：

neutrinos; gamma-rays:general; cosmic rays; methods: statistical; POINT-LIKE SOURCES; GAMMA-RAY SOURCES; ASTROPHYSICAL SOURCES; GALACTIC SOURCES; CRAB-NEBULA; ICECUBE; EMISSION; SEARCH; RADIATION; PULSAR;

D O I：

10.1093/mnras/stac1350

中图分类号：

P1 [天文学];

学科分类号：

0704 ;

摘要：

The Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) observed a dozen gamma-ray sources with significant emission above 100 TeV that may be strong candidates for PeVatrons. Neutrino observations are crucial for diagnosing whether the gamma-ray radiative process is hadronic or leptonic. We use the Bayesian method to analyse the 10-yr (2008-2018) IceCube data, and hence constrain the hadronic gamma-ray emission in the LHAASO sources. The present neutrino data show that the hadronic gamma-ray flux from the Crab Nebula is lower than the observed gamma-ray flux at the 90 per cent confidence level and contributes less than 86 per cent, which disfavours the hadronic origin of gamma-rays below tens of TeV. For the other LHAASO sources, the present neutrino observations cannot put useful constraints on the gamma-ray radiative process. We consider the uncertainty of the source extension: the upper limits on the hadronic gamma-ray flux tend to increase with the extension; and some sources, namely LHAASO J2032+4102, LHAASO J1929+1745, and LHAASO J1908+0621, show a relatively high statistical significance of neutrino signals if the extension is less than or similar to 0.degrees 6. Finally, we estimate the future observational results of LHAASO sources by proposed neutrino telescopes. If the LHAASO-observed PeV gamma-rays are of hadronic origin, the Crab Nebula may be detected at >100 TeV at the 3 sigma confidence level within 20 years by a neutrino detector with an effective area 30 times that of IceCube.

引用

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页数：11

共 65 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 ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

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Blot, S. ;

Bohm, C. ;

Bohmer, M. ;

Boeser, S. ;

Botner, O. ;

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Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Bron, S. ;

Brostean-Kaiser, J. .

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

[2] Time-Integrated Neutrino Source Searches with 10 Years of IceCube Data [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Alispach, C. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

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Anton, G. ;

Arguelles, C. ;

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Bay, R. ;

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Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

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Boeser, S. ;

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Bottcher, J. ;

Bourbeau, E. ;

Bourbeau, J. ;

Bradascio, F. ;

Braun, J. ;

Bron, S. ;

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Burgman, A. ;

Buscher, J. ;

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Carver, T. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2020, 124 (05)

[3] Search for steady point-like sources in the astrophysical muon neutrino flux with 8 years of IceCube data [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

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Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

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Becker, K. -H. ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

Bohm, C. ;

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Bos, F. ;

Boeser, S. ;

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Burgman, A. ;

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[4] Constraints on Galactic Neutrino Emission with Seven Years of IceCube Data [J].

Aartsen, M. G. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

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Bernardini, E. ;

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Blot, S. ;

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Bron, S. ;

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Carver, T. ;

Casey, J. ;

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[5] All-sky Search for Time-integrated Neutrino Emission from Astrophysical Sources with 7 yr of IceCube Data [J].

Aartsen, M. G. ;

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Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Ahrens, M. ;

Altmann, D. ;

Andeen, K. ;

Anderson, T. ;

Ansseau, I. ;

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Arguelles, C. ;

Auffenberg, J. ;

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Beatty, J. J. ;

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Becker, K-H ;

BenZvi, S. ;

Berley, D. ;

Bernardini, E. ;

Bernhard, A. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

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Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

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Boerner, M. ;

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Bron, S. ;

Burgman, A. ;

Carver, T. ;

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Chirkin, D. ;

Christov, A. ;

Clark, K. .

ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 835 (02)

[6] SEARCH FOR SOURCES OF HIGH-ENERGY NEUTRONS WITH FOUR YEARS OF DATA FROM THE ICETOP DETECTOR [J].

Aartsen, M. G. ;

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Ackermann, M. ;

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Aguilar, J. A. ;

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Archinger, M. ;

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Axani, S. ;

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Bindig, D. ;

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Blaufuss, E. ;

Blot, S. ;

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Braun, J. ;

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Burgman, A. ;

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ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2016, 830 (02)

[7] SEARCH FOR TIME-INDEPENDENT NEUTRINO EMISSION FROM ASTROPHYSICAL SOURCES WITH 3 yr OF IceCube DATA [J].

Aartsen, M. G. ;

Abbasi, R. ;

Abdou, Y. ;

Ackermann, M. ;

Adams, J. ;

Aguilar, J. A. ;

Ahlers, M. ;

Altmann, D. ;

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BenZvi, S. ;

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Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

Bissok, M. ;

Blaufuss, E. ;

Blumenthal, J. ;

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Bohaichuk, S. ;

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Clark, K. ;

Clevermann, F. ;

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ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2013, 779 (02)

[8]

Aartsen M.G., 2014, ASTROPHYS J, V796, P109, DOI DOI 10.1088/0004-637X/796/2/109

[9] TIME-INTEGRATED SEARCHES FOR POINT-LIKE SOURCES OF NEUTRINOS WITH THE 40-STRING IceCube DETECTOR [J].

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Auffenberg, J. ;

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Blaufuss, E. ;

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Bose, D. ;

Boeser, S. ;

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Danninger, M. ;

Daughhetee, J. ;

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ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2011, 732 (01)

[10] Resolving the Crab pulsar wind nebula at teraelectronvolt energies [J].

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NATURE ASTRONOMY, 2020, 4 (02) :167-173

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共 65 条

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

Aartsen, M. G. ;

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Bernardini, E. ;

Besson, D. Z. ;

Binder, G. ;

Bindig, D. ;

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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] Time-Integrated Neutrino Source Searches with 10 Years of IceCube Data [J].

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Buscher, J. ;

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[3] Search for steady point-like sources in the astrophysical muon neutrino flux with 8 years of IceCube data [J].

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EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2019, 79 (03)

[4] Constraints on Galactic Neutrino Emission with Seven Years of IceCube Data [J].

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ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 849 (01)

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ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 835 (02)

[6] SEARCH FOR SOURCES OF HIGH-ENERGY NEUTRONS WITH FOUR YEARS OF DATA FROM THE ICETOP DETECTOR [J].

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[7] SEARCH FOR TIME-INDEPENDENT NEUTRINO EMISSION FROM ASTROPHYSICAL SOURCES WITH 3 yr OF IceCube DATA [J].

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Abbasi, R. ;

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Ackermann, M. ;

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Auffenberg, J. ;

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[8]

Aartsen M.G., 2014, ASTROPHYS J, V796, P109, DOI DOI 10.1088/0004-637X/796/2/109

[9] TIME-INTEGRATED SEARCHES FOR POINT-LIKE SOURCES OF NEUTRINOS WITH THE 40-STRING IceCube DETECTOR [J].

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ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2011, 732 (01)

[10] Resolving the Crab pulsar wind nebula at teraelectronvolt energies [J].

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