High-energy neutrinos from X-rays flares of blazars frequently observed by the Swift X-ray Telescope

被引:14
作者
Stathopoulos, S., I [1 ]
Petropoulou, M. [1 ]
Giommi, P. [2 ,3 ,4 ]
Vasilopoulos, G. [5 ,6 ]
Padovani, P. [7 ]
Mastichiadis, A. [1 ]
机构
[1] Natl & Kapodistrian Univ Athens, Dept Phys, Univ Campus Zografos, GR-15783 Athens, Greece
[2] Tech Univ Munich, Inst Adv Study, Lichtenbergstr 2a, D-85748 Garching, Germany
[3] Associated Italian Space Agcy, ASI, Via Politecn Snc, I-00133 Rome, Italy
[4] New York Univ Abu Dhabi, Ctr Astro Particle & Planetary Phys, POB 129188, Abu Dhabi, U Arab Emirates
[5] Yale Univ, Dept Astron, POB 208101, New Haven, CT 06520 USA
[6] Univ Strasbourg, Observ Astron Strasbourg, CNRS, UMR 7550, F-67000 Strasbourg, France
[7] European Southern Observ, Karl Schwarzschild Str 2, D-85748 Garching, Germany
关键词
neutrinos; radiation mechanisms: non-thermal; galaxies: active; X-rays: galaxies; SELF-COMPTON MODEL; BL-LAC OBJECTS; TXS 0506+056; GAMMA-RAYS; EMISSION; VARIABILITY; RADIATION; JET; COUNTERPARTS; COINCIDENCE;
D O I
10.1093/mnras/stab3404
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
Blazar flares have been suggested as ideal candidates for enhanced neutrino production. While the neutrino signal of y-ray flares has been widely discussed, the neutrino yield of X-ray flares has received less attention. Here, we compute the predicted neutrino signal from X-ray flares detected in 66 blazars observed more than 50 times with the X-ray Telescope (XRT) on board the Neil Gehrels Swift Observatory. We consider a scenario where X-ray flares are powered by synchrotron radiation of relativistic protons, and neutrinos are produced through photomeson interactions between protons with their own synchrotron X-ray photons. Using the 1 keV X-ray light curves for flare identification, the 0.5-10 keV fluence of each flare as a proxy for the all-flavour neutrino fluence, and the IceCube point-source effective area for different detector configurations, we calculate the number of muon and antimuon neutrinos above 100 TeV expected for IceCube from each flaring source. The bulk of the neutrino events from the sample originates from flares with durations similar to 1-10 d. Accounting for the X-ray flare duty cycle of the sources in the sample, which ranges between similar to 2 and 24 per cent, we compute an average yearly neutrino rate for each source. The median of the distribution (in logarithm) is similar to 0.03 yr(-1), with Mkn 421 having the highest predicted rate 1.2 +/- 0.3 yr(-1), followed by 3C 273 (0.33 +/- 0.03 yr(-1)) and PG 1553+113 (0.25 +/- 0.02 yr(-1)). Next-generation neutrino detectors together with regular X-ray monitoring of blazars could constrain the duty cycle of hadronic X-ray flares.
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[1]   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. ;
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. ;
Borner, M. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Bottcher, J. ;
Bourbeau, E. ;
Bourbeau, J. ;
Bradascio, F. ;
Braun, J. ;
Bron, S. ;
Brostean-Kaiser, J. ;
Burgman, A. ;
Buscher, J. ;
Busse, R. S. ;
Carver, T. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2020, 124 (05)
[2]   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)
[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. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Ahrens, M. ;
Altmann, D. ;
Andeen, K. ;
Anderson, T. ;
Ansseau, I. ;
Anton, G. ;
Arguelles, C. ;
Auffenberg, J. ;
Axani, S. ;
Backes, P. ;
Bagherpour, H. ;
Bai, X. ;
Barbano, A. ;
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. ;
Bretz, H. -P. ;
Bron, S. ;
Brostean-Kaiser, J. ;
Burgman, A. ;
Busse, R. S. ;
Carver, T. ;
Chen, C. ;
Cheung, E. .
EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL C, 2019, 79 (03)
[4]   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-+
[5]   Constraints on Galactic Neutrino Emission with Seven 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. ;
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Bos, F. ;
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Boeser, S. ;
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Bradascio, F. ;
Braun, J. ;
Brayeur, L. ;
Brenzke, M. ;
Bretz, H. -P. ;
Bron, S. ;
Burgman, A. ;
Carver, T. ;
Casey, J. ;
Casier, M. ;
Cheung, E. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 849 (01)
[6]   Extending the Search for Muon Neutrinos Coincident with Gamma-Ray Bursts in 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. ;
Archinger, M. ;
Argueelles, C. ;
Auffenberg, J. ;
Axani, S. ;
Bai, X. ;
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. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
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Braun, J. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H. -P. ;
Bron, S. ;
Burgman, A. ;
Carver, T. ;
Casier, M. ;
Cheung, E. ;
Chirkin, D. ;
Christov, A. ;
Clark, K. ;
Classen, L. ;
Coenders, S. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 843 (02)
[7]   SEARCH FOR SOURCES OF HIGH-ENERGY NEUTRONS WITH FOUR YEARS OF DATA FROM THE ICETOP DETECTOR [J].
Aartsen, M. G. ;
Abraham, K. ;
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. ;
Auffenberg, J. ;
Axani, S. ;
Bai, X. ;
Barwick, S. W. ;
Baum, V. ;
Bay, R. ;
Beatty, J. J. ;
Tjus, J. Becker ;
Becker, K. -H. ;
BenZvi, S. ;
Berghaus, P. ;
Berley, D. ;
Bernardini, E. ;
Bernhard, A. ;
Besson, D. Z. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Bissok, M. ;
Blaufuss, E. ;
Blot, S. ;
Bohm, C. ;
Boerner, M. ;
Bos, F. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Braun, J. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H. -P. ;
Burgman, A. ;
Carver, T. ;
Casier, M. ;
Cheung, E. ;
Chirkin, D. ;
Christov, A. ;
Clark, K. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2016, 830 (02)
[8]   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. ;
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Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Bissok, M. ;
Blaufuss, E. ;
Blumenthal, J. ;
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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-+
[9]   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. ;
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Bernhard, A. ;
Bertrand, D. ;
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Bissok, M. ;
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Blumenthal, J. ;
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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)
[10]   GAMMA-RAY LIGHT CURVES AND VARIABILITY OF BRIGHT FERMI-DETECTED BLAZARS [J].
Abdo, A. A. ;
Ackermann, M. ;
Ajello, M. ;
Antolini, E. ;
Baldini, L. ;
Ballet, J. ;
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ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2010, 722 (01) :520-542