Observation of Photons above 300 TeV Associated with a High-energy Neutrino from the Cygnus Region

被引:27
作者
Dzhappuev, D. D. [1 ]
Afashokov, Yu. Z. [1 ]
Dzaparova, I. M. [1 ,2 ]
Dzhatdoev, T. A. [1 ,3 ]
Gorbacheva, E. A. [1 ]
Karpikov, I. S. [1 ]
Khadzhiev, M. M. [1 ]
Klimenko, N. F. [1 ]
Kudzhaev, A. U. [1 ]
Kurenya, A. N. [1 ]
Lidvansky, A. S. [1 ]
Mikhailova, O. I. [1 ]
Petkov, V. B. [1 ,2 ]
Podlesnyi, E. I. [1 ,3 ,4 ]
Romanenko, V. S. [1 ]
Rubtsov, G. I. [1 ]
Troitsky, S. V. [1 ]
Unatlokov, I. B. [1 ]
Vaiman, I. A. [3 ,4 ]
Yanin, A. F. [1 ]
Zhezher, Ya. V. [1 ]
Zhuravleva, K. V. [1 ,5 ]
机构
[1] Russian Acad Sci, Inst Nucl Res, 60th October Anniversary Prospect 7a, Moscow 117312, Russia
[2] Russian Acad Sci, Inst Astron, Moscow 119017, Russia
[3] Moscow MV Lomonosov State Univ, Skobeltsyn Inst Nucl Phys, Moscow 119991, Russia
[4] Moscow MV Lomonosov State Univ, Dept Phys, Moscow 119991, Russia
[5] Univ Tokyo, Inst Cosm Ray Res, Kashiwanoha,5-1-5, Kashiwa, Chiba 2778582, Japan
关键词
LARGE-AREA TELESCOPE; PEV GAMMA-RAYS; ASTROPHYSICAL NEUTRINOS; COSMIC-RAYS; DETECTOR; SEARCH; FERMI;
D O I
10.3847/2041-8213/ac14b2
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
Galactic sites of acceleration of cosmic rays to energies of order 10(15) eV and higher, dubbed PeVatrons, reveal themselves by recently discovered gamma radiation of energies above 100 TeV. However, joint gamma-ray and neutrino production, which marks unambiguously cosmic-ray interactions with ambient matter and radiation, was not observed until now. In 2020 November, the IceCube neutrino observatory reported an similar to 150 TeV neutrino event from the direction of one of the most promising Galactic PeVatrons, the Cygnus Cocoon. Here we report on the observation of a 3.1 sigma (post-trial) excess of atmospheric air showers from the same direction, observed by the Carpet-2 experiment and consistent with a few months flare in photons above 300 TeV, in temporal coincidence with the neutrino event. The fluence of the gamma-ray flare is of the same order as that expected from the neutrino observation, assuming the standard mechanism of neutrino production. This is the first evidence for the joint production of high-energy neutrinos and gamma-rays in a Galactic source.
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[1]   Search for Sources of Astrophysical Neutrinos Using Seven Years of IceCube Cascade Events [J].
Aartsen, M. G. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Ahrens, M. ;
Alispach, C. ;
Andeen, K. ;
Anderson, T. ;
Ansseau, I ;
Anton, G. ;
Arguelles, C. ;
Auffenberg, J. ;
Axani, S. ;
Backes, P. ;
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. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Blaufuss, E. ;
Blot, S. ;
Bohm, C. ;
Boerner, M. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Boettcher, J. ;
Bourbeau, E. ;
Bourbeau, J. ;
Bradascio, F. ;
Braun, J. ;
Bron, S. ;
Brostean-Kaiser, J. ;
Burgman, A. ;
Buscher, J. ;
Busse, R. S. ;
Carver, T. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2019, 886 (01)
[2]   The IceCube Neutrino Observatory: instrumentation and online systems [J].
Aartsen, M. G. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Ahrens, M. ;
Altmann, D. ;
Andeen, K. ;
Anderson, T. ;
Ansseau, I. ;
Anton, G. ;
Archinger, M. ;
Arguelles, C. ;
Auer, R. ;
Auffenberg, J. ;
Axani, S. ;
Baccus, J. ;
Bai, X. ;
Barnet, S. ;
Barwick, S. W. ;
Baum, V. ;
Bay, R. ;
Beattie, K. ;
Beatty, J. J. ;
Tjus, J. Becker ;
Becker, K. -H. ;
Bendfelt, T. ;
BenZvi, S. ;
Berley, D. ;
Bernardini, E. ;
Bernhard, A. ;
Besson, D. Z. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Bissok, M. ;
Blaufuss, E. ;
Blot, S. ;
Boersma, D. ;
Bohm, C. ;
Boerner, M. ;
Bos, F. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Bouchta, A. ;
Braun, J. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H. -P. ;
Bron, S. ;
Burgman, A. .
JOURNAL OF INSTRUMENTATION, 2017, 12
[3]   Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector [J].
Aartsen, M. G. ;
Abbasi, R. ;
Abdou, Y. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguitar, J. A. ;
Alders, M. ;
Altmann, D. ;
Auffenberg, J. ;
Ba, X. ;
Baker, M. ;
Barwick, S. W. ;
Baum, V. ;
Bay, R. ;
Beatty, J. J. ;
Bechet, S. ;
Tjus, J. Becker ;
Becker, K-H. ;
Benabderrahmane, M. L. ;
BenZvi, S. ;
Berghaus, P. ;
Berley, D. ;
Bernardini, E. ;
Bernhard, A. ;
Bertrand, D. ;
Besson, D. Z. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Bissok, M. ;
Blaufuss, E. ;
Blumenthal, J. ;
Boersma, D. J. ;
Boliaichuk, S. ;
Bohm, C. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H-P. ;
Brown, A. M. ;
Bruijn, R. ;
Brunner, J. ;
Carson, M. ;
Casey, J. ;
Casier, M. ;
Chirkin, D. ;
Christov, A. ;
Christy, B. ;
Clark, K. ;
Cleverrnann, F. .
SCIENCE, 2013, 342 (6161) :947-+
[4]   First Observation of PeV-Energy Neutrinos with IceCube [J].
Aartsen, M. G. ;
Abbasi, R. ;
Abdou, Y. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Altmann, D. ;
Auffenberg, J. ;
Bai, X. ;
Baker, M. ;
Barwick, S. W. ;
Baum, V. ;
Bay, R. ;
Beatty, J. J. ;
Bechet, S. ;
Tjus, J. Becker ;
Becker, K. -H. ;
Bell, M. ;
Benabderrahmane, M. L. ;
BenZvi, S. ;
Berdermann, J. ;
Berghaus, P. ;
Berley, D. ;
Bernardini, E. ;
Bernhard, A. ;
Bertrand, D. ;
Besson, D. Z. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Bissok, M. ;
Blaufuss, E. ;
Blumenthal, J. ;
Boersma, D. J. ;
Bohaichuk, S. ;
Bohm, C. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H. -P. ;
Brown, A. M. ;
Bruijn, R. ;
Brunner, J. ;
Carson, M. ;
Casey, J. ;
Casier, M. ;
Chirkin, D. ;
Christov, A. ;
Christy, B. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2013, 111 (02)
[5]   IceCube high-energy starting event sample: Description and flux characterization with 7.5 years of data [J].
Abbasi, R. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Ahrens, M. ;
Alispach, C. ;
Alves, A. A., Jr. ;
Amin, N. M. ;
Andeen, K. ;
Anderson, T. ;
Ansseau, I ;
Anton, G. ;
Arguelles, C. ;
Axani, S. ;
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 ;
Bellenghi, C. ;
BenZvi, S. ;
Berley, D. ;
Bernardini, E. ;
Besson, D. Z. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Blaufuss, E. ;
Blot, S. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Boettcher, J. ;
Bourbeau, E. ;
Bourbeau, J. ;
Bradascio, F. ;
Braun, J. ;
Bron, S. ;
Brostean-Kaiser, J. ;
Burgman, A. ;
Busse, R. S. ;
Campana, M. A. ;
Chen, C. ;
Chirkin, D. .
PHYSICAL REVIEW D, 2021, 104 (02)
[6]   Fermi Large Area Telescope Fourth Source Catalog [J].
Abdollahi, S. ;
Acero, F. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Atwood, W. B. ;
Axelsson, M. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
Barbiellini, G. ;
Bastieri, D. ;
Becerra Gonzalez, J. ;
Bellazzini, R. ;
Berretta, A. ;
Bissaldi, E. ;
Blandford, R. D. ;
Bloom, E. D. ;
Bonino, R. ;
Bottacini, E. ;
Brandt, T. J. ;
Bregeon, J. ;
Bruel, P. ;
Buehler, R. ;
Burnett, T. H. ;
Buson, S. ;
Cameron, R. A. ;
Caputo, R. ;
Caraveo, P. A. ;
Casandjian, J. M. ;
Castro, D. ;
Cavazzuti, E. ;
Charles, E. ;
Chaty, S. ;
Chen, S. ;
Cheung, C. C. ;
Chiaro, G. ;
Ciprini, S. ;
Cohen-Tanugi, J. ;
Cominsky, L. R. ;
Coronado-Blazquez, J. ;
Costantin, D. ;
Cuoco, A. ;
Cutini, S. ;
D'Ammando, F. ;
DeKlotz, M. ;
Luque, P. de la Tone ;
de Palma, F. ;
Desai, A. ;
Digel, S. W. ;
Di Lalla, N. ;
Di Mauro, M. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL SUPPLEMENT SERIES, 2020, 247 (01)
[7]   HAWC observations of the acceleration of very-high-energy cosmic rays in the Cygnus Cocoon [J].
Abeysekara, A. U. ;
Albert, A. ;
Alfaro, R. ;
Alvarez, C. ;
Camacho, J. R. Angeles ;
Arteaga-Velazquez, J. C. ;
Arunbabu, K. P. ;
Rojas, D. Avila ;
Solares, H. A. Ayala ;
Baghmanyan, V. ;
Belmont-Moreno, E. ;
BenZvi, S. Y. ;
Blandford, R. ;
Brisbois, C. ;
Caballero-Mora, K. S. ;
Capistran, T. ;
Carraminana, A. ;
Casanova, S. ;
Cotti, U. ;
de Leon, S. Coutino ;
De la Fuente, E. ;
Hernandez, R. Diaz ;
Dingus, B. L. ;
DuVernois, M. A. ;
Durocher, M. ;
Diaz-Velez, J. C. ;
Ellsworth, R. W. ;
Engel, K. ;
Espinoza, C. ;
Fan, K. L. ;
Fang, K. ;
Fleischhack, H. ;
Fraija, N. ;
Galvan-Gamez, A. ;
Garcia, D. ;
Garcia-Gonzalez, J. A. ;
Garfias, F. ;
Giacinti, G. ;
Gonzalez, M. M. ;
Goodman, J. A. ;
Harding, J. P. ;
Hernandez, S. ;
Hinton, J. ;
Hona, B. ;
Huang, D. ;
Hueyotl-Zahuantitla, F. ;
Huntemeyer, P. ;
Iriarte, A. ;
Jardin-Blicq, A. ;
Joshi, V. .
NATURE ASTRONOMY, 2021, 5 (05) :465-+
[8]   Measurement of the Crab Nebula Spectrum Past 100 TeV with HAWC [J].
Abeysekara, A. U. ;
Albert, A. ;
Alfaro, R. ;
Alvarez, C. ;
Alvarez, J. D. ;
Angeles Camacho, J. R. ;
Arceo, R. ;
Arteaga-Velazquez, J. C. ;
Arunbabu, K. P. ;
Avila Rojas, D. ;
Solares, H. A. Ayala ;
Baghmanyan, V. ;
Belmont-Moreno, E. ;
BenZvi, S. Y. ;
Brisbois, C. ;
Caballero-Mora, K. S. ;
Capistran, T. ;
Carraminana, A. ;
Casanova, S. ;
Cotti, U. ;
Cotzomi, J. ;
Coutino de Leon, S. ;
De la Fuente, E. ;
de Leon, C. ;
Dichiara, S. ;
Dingus, B. L. ;
DuVernois, M. A. ;
Diaz-Velez, J. C. ;
Ellsworth, R. W. ;
Engel, K. ;
Espinoza, C. ;
Fick, B. ;
Fleischhack, H. ;
Fraija, N. ;
Galvan-Gamez, A. ;
Garcia-Gonzalez, J. A. ;
Garfias, F. ;
Gonzalez, M. M. ;
Goodman, J. A. ;
Harding, J. P. ;
Hernandez, S. ;
Hinton, J. ;
Hona, B. ;
Hueyotl-Zahuantitla, F. ;
Hui, C. M. ;
Huntemeyer, P. ;
Iriarte, A. ;
Jardin-Blicq, A. ;
Joshi, V. ;
Kaufmann, S. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2019, 881 (02)
[9]   Sensitivity of the high altitude water Cherenkov detector to sources of multi-TeV gamma rays [J].
Abeysekara, A. U. ;
Alfaro, R. ;
Alvarez, C. ;
Alvarez, J. D. ;
Arceo, R. ;
Arteaga-Velazquez, J. C. ;
Solares, H. A. Ayala ;
Barber, A. S. ;
Baughman, B. M. ;
Bautista-Elivar, N. ;
Belmont, E. ;
BenZvi, S. Y. ;
Berley, D. ;
Bonilla Rosales, M. ;
Braun, J. ;
Caballero-Lopez, R. A. ;
Carraminana, A. ;
Castillo, M. ;
Cotti, U. ;
Cotzmi, J. ;
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De Leon, C. ;
DeYoung, T. ;
Diaz Hernandez, R. ;
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Galindo, A. ;
Garcia-Luna, J. L. ;
Garcia-Torales, G. ;
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Gonzalez, M. M. ;
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Kieda, D. ;
Kunde, G. J. ;
Lara, A. ;
Lauer, R. J. .
ASTROPARTICLE PHYSICS, 2013, 50-52 :26-32
[10]   Upper limit on the cosmic-ray photon flux above 1019 eV using the surface detector of the Pierre Auger Observatory [J].
Abraham, J. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Aguirre, C. ;
Allard, D. ;
Allekotte, I. ;
Allen, J. ;
Allison, P. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Ambrosio, M. ;
Anchordoqui, L. ;
Andringa, S. ;
Anzalone, A. ;
Aramo, C. ;
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Armengaud, E. ;
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Bohacova, M. .
ASTROPARTICLE PHYSICS, 2008, 29 (04) :243-256