Blazar Flares as an Origin of High-energy Cosmic Neutrinos?

被引:170
作者
Murase, Kohta [1 ,2 ,3 ,4 ]
Oikonomou, Foteini [5 ]
Petropoulou, Maria [6 ]
机构
[1] Penn State Univ, Dept Phys, 104 Davey Lab, University Pk, PA 16802 USA
[2] Penn State Univ, Dept Astron & Astrophys, 525 Davey Lab, University Pk, PA 16802 USA
[3] Penn State Univ, Ctr Particle & Gravitat Astrophys, University Pk, PA 16802 USA
[4] Kyoto Univ, Ctr Gravitat Phys, Yukawa Inst Theoret Phys, Kyoto, Kyoto 6068502, Japan
[5] European Southern Observ, Karl Schwarzschild Str 2, D-85748 Garching, Germany
[6] Princeton Univ, Dept Astrophys Sci, Princeton, NJ 08544 USA
关键词
astroparticle physics; galaxies: active; galaxies: jets; gamma rays: galaxies; neutrinos; radiation mechanisms: non-thermal; GAMMA-RAY; EMISSION; LUMINOSITY; ACCRETION; POWER; PREDICTIONS; QUASARS; JETS;
D O I
10.3847/1538-4357/aada00
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
We consider implications of high-energy neutrino emission from blazar flares, including the recent event IceCube-170922A and the 2014-2015 neutrino flare that could originate from TXS 0506+056. First, we discuss their contribution to the diffuse neutrino intensity taking into account various observational constraints. Blazars are likely to be subdominant in the diffuse neutrino intensity at sub-PeV energies, and we show that blazar flares like those of TXS 0506+056 could make less than or similar to 1%-10% of the total neutrino intensity. We also argue that the neutrino output of blazars can be dominated by the flares in the standard leptonic scenario for their gamma-ray emission, and energetic flares may still be detected with a rate of less than or similar to 1 yr(-1). Second, we consider multi-messenger constraints on the source modeling. We show that luminous neutrino flares should be accompanied by luminous broadband cascade emission, emerging also in X-rays and gamma-rays. This implies that not only gamma-ray telescopes like Fermi but also X-ray sky monitors such as Swift and MAXI are critical to test the canonical picture based on the single-zone modeling. We also suggest a two-zone model that can naturally satisfy the X-ray constraints while explaining the flaring neutrinos via either photomeson or hadronuclear processes.
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