Observational Evidence for the Origin of High-energy Neutrinos in Parsec-scale Nuclei of Radio-bright Active Galaxies

被引:125
作者
Plavin, Alexander [1 ,2 ]
Kovalev, Yuri Y. [1 ,2 ,3 ]
Kovalev, Yuri A. [1 ]
Troitsky, Sergey [4 ]
机构
[1] Lebedev Phys Inst, Ctr Astro Space, Profsoyuznaya 84-32, Moscow 117997, Russia
[2] Moscow Inst Phys & Technol, Inst Sky Per 9, Dolgoprudnyi 141700, Russia
[3] Max Planck Inst Radioastron, Hugel 69, D-53121 Bonn, Germany
[4] Russian Acad Sci, Inst Nucl Res, 60th October Anniversary Prospect 7a, Moscow 117312, Russia
基金
俄罗斯科学基金会; 美国国家航空航天局;
关键词
Neutrino astronomy; Active galaxies; Galaxy jets; Quasars; Radio continuum emission; VLBA CALIBRATOR SURVEY; GAMMA-RAY; PARTICLE-ACCELERATION; COSMIC-RAYS; BLAZAR; SPECTRA; AGN; VARIABILITY; RATAN-600; INJECTION;
D O I
10.3847/1538-4357/ab86bd
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
Observational information on high-energy astrophysical neutrinos is being continuously collected by the IceCube observatory. However, the sources of the neutrinos are still unknown. In this study, we use radio very long baseline interferometry (VLBI) data for a complete VLBI flux density-limited sample of active galactic nuclei (AGNs). We address the problem of the origin of astrophysical neutrinos with energies above 200 TeV in a statistical manner. It is found that AGNs positionally associated with IceCube events have typically stronger parsec-scale cores than the rest of the sample. The posttrial probability of a chance coincidence is 0.2%. We select the four strongest AGNs as highly probable associations: 3C 279, NRAO 530, PKS 1741-038, and OR 103. Moreover, we find an increase of radio emission at frequencies above 10 GHz around neutrino arrival times for several other VLBI-selected AGNs on the basis of RATAN-600 monitoring. The most pronounced example of such behavior is PKS 1502+106. We conclude that AGNs with bright Doppler-boosted jets constitute an important population of neutrino sources. High-energy neutrinos are produced in their central parsec-scale regions, probably in proton-photon interactions at or around the accretion disk. Radio-bright AGNs that are likely associated with neutrinos have very diverse gamma-ray properties, suggesting that gamma-rays and neutrinos may be produced in different regions of AGNs and not directly related. A small viewing angle of the jet-disk axis is, however, required to detect either of them.
引用
收藏
页数:13
相关论文
共 124 条
[1]   Probing the origin of ultra-high-energy cosmic rays with neutrinos in the EeV energy range using the Pierre Auger Observatory [J].
Aab, A. ;
Abreu, P. ;
Aglietta, M. ;
Albuquerque, I. F. M. ;
Albury, J. M. ;
Allekotte, I ;
Almela, A. ;
Alvarez Castillo, J. ;
Alvarez-Muniz, J. ;
Anastasi, G. A. ;
Anchordoqui, L. ;
Andrada, B. ;
Andringa, S. ;
Aramo, C. ;
Asorey, H. ;
Assis, P. ;
Avila, G. ;
Badescu, A. M. ;
Bakalova, A. ;
Balaceanu, A. ;
Barbato, F. ;
Barreira Luz, R. J. ;
Baur, S. ;
Becker, K. H. ;
Bellido, J. A. ;
Berat, C. ;
Bertaina, M. E. ;
Bertou, X. ;
Biermann, P. L. ;
Biteau, J. ;
Blanco, A. ;
Blazek, J. ;
Bleve, C. ;
Bohacova, M. ;
Boncioli, D. ;
Bonifazi, C. ;
Borodai, N. ;
Botti, A. M. ;
Brack, J. ;
Bretz, T. ;
Bridgeman, A. ;
Briechle, F. L. ;
Buchholz, P. ;
Bueno, A. ;
Buitink, S. ;
Buscemi, M. ;
Caballero-Mora, K. S. ;
Caccianiga, L. ;
Calcagni, L. ;
Cancio, A. .
JOURNAL OF COSMOLOGY AND ASTROPARTICLE PHYSICS, 2019, (10)
[2]   The IceCube realtime alert system [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. ;
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. ;
Bernhard, A. ;
Besson, D. Z. ;
Binder, G. ;
Bindig, D. ;
Bissok, M. ;
Blaufuss, E. ;
Blot, S. ;
Bohm, C. ;
Borner, M. ;
Bos, E. ;
Bose, D. ;
Boser, S. ;
Botner, O. ;
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. .
ASTROPARTICLE PHYSICS, 2017, 92 :30-41
[3]   All-sky Search for Time-integrated Neutrino Emission from Astrophysical Sources with 7 yr of IceCube Data [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. ;
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 ;
Bron, S. ;
Burgman, A. ;
Carver, T. ;
Casier, M. ;
Cheung, E. ;
Chirkin, D. ;
Christov, A. ;
Clark, K. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 835 (02)
[4]   THE CONTRIBUTION OF FERMI-2LAC BLAZARS TO DIFFUSE TEV-PEV NEUTRINO FLUX [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. ;
Arlen, T. 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. ;
Boersma, D. J. ;
Bohm, C. ;
Boerner, M. ;
Bos, F. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Braun, J. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H. -P. ;
Burgman, A. ;
Casey, J. ;
Casier, M. ;
Cheung, E. ;
Chirkin, D. .
ASTROPHYSICAL JOURNAL, 2017, 835 (01)
[5]   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)
[6]   Observation of High-Energy Astrophysical Neutrinos in Three Years of IceCube Data [J].
Aartsen, M. G. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Ahrens, M. ;
Altmann, D. ;
Anderson, T. ;
Arguelles, C. ;
Arlen, T. C. ;
Auffenberg, J. ;
Bai, X. ;
Barwick, S. W. ;
Baum, V. ;
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. ;
Blumenthal, J. ;
Boersma, D. J. ;
Bohm, C. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H. -P. ;
Brown, A. M. ;
Casey, J. ;
Casier, M. ;
Chirkin, D. ;
Christov, A. ;
Christy, B. ;
Clark, K. ;
Classen, L. ;
Clevermann, F. ;
Coenders, S. ;
Cowen, D. F. ;
Silva, A. H. Cruz ;
Danninger, M. ;
Daughhetee, J. ;
Davis, J. C. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 113 (10)
[7]   Observation of the cosmic-ray shadow of the Moon 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 D, 2014, 89 (10)
[8]   Probing the origin of cosmic rays with extremely high energy neutrinos using the IceCube Observatory [J].
Aartsen, M. G. ;
Abbasi, R. ;
Ackermann, M. ;
Adams, J. ;
Aguilar, J. A. ;
Ahlers, M. ;
Altmann, D. ;
Arguelles, C. ;
Auffenberg, J. ;
Bai, X. ;
Baker, M. ;
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. ;
Blumenthal, J. ;
Boersma, D. J. ;
Bohm, C. ;
Bose, D. ;
Boeser, S. ;
Botner, O. ;
Brayeur, L. ;
Bretz, H. -P. ;
Brown, A. M. ;
Bruijn, R. ;
Casey, J. ;
Casier, M. ;
Chirkin, D. ;
Christov, A. ;
Christy, B. ;
Clark, K. ;
Clevermann, F. ;
Coenders, S. ;
Cohen, S. ;
Cowen, D. F. ;
Silva, A. H. Cruz ;
Danninger, M. ;
Daughhetee, J. .
PHYSICAL REVIEW D, 2013, 88 (11)
[9]   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-+
[10]   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)