GZK neutrinos after the Fermi-LAT diffuse photon flux measurement

被引:183
作者
Ahlers, M. [1 ]
Anchordoqui, L. A. [2 ]
Gonzalez-Garcia, M. C. [1 ,3 ,4 ]
Halzen, F. [5 ]
Sarkar, S. [6 ]
机构
[1] SUNY Stony Brook, CN Yang Inst Theoret Phys, Stony Brook, NY 11794 USA
[2] Univ Wisconsin, Dept Phys, Milwaukee, WI 53201 USA
[3] Univ Barcelona, ICREA, Dept Estruct & Constituents Mat, E-08028 Barcelona, Spain
[4] Univ Barcelona, ICC UB, E-08028 Barcelona, Spain
[5] Univ Wisconsin, Dept Phys, Madison, WI 53706 USA
[6] Univ Oxford, Rudolf Peierls Ctr Theoret Phys, Oxford OX1 3NP, England
基金
美国国家科学基金会;
关键词
Cosmogenic neutrinos; Low crossover model; Diffuse gamma-ray flux; ENERGY COSMIC-RAYS; GAMMA-RAYS; BACKGROUND-RADIATION; SPECTRUM; PROPAGATION; SEARCH;
D O I
10.1016/j.astropartphys.2010.06.003
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
Cosmogenic neutrinos originate from photo-hadronic interactions of cosmic ray protons with the cosmic microwave background (CMB). The neutrino production rate can be constrained through the accompanying electrons, positrons and gamma-rays that quickly cascade on the CMB and intergalactic magnetic fields to lower energies and generate a gamma-ray background in the GeV-TeV region. Bethe-Heitler pair production by protons also contributes to the cascade and can tighten the neutrino constraints in models where extragalactic cosmic rays begin to dominate over the galactic component at a relatively low "crossover" energy. We investigate this issue in the light of the recent Fermi-LAT measurements of the diffuse extragalactic gamma-ray background and illustrate by a fit to the HiRes spectrum how the prediction of the cosmogenic neutrino flux in all-proton models varies with the crossover energy. The neutrino flux is required to be smaller when the gamma-ray bound is applied, nevertheless such models are still consistent with HiRes and Fermi-LAT if one properly takes into account the energy uncertainty of cosmic ray measurements. The presently allowed flux is within reach of the IceCube neutrino telescope and other dedicated radio experiments. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.
引用
收藏
页码:106 / 115
页数:10
相关论文
共 63 条
  • [1] First observation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin suppression
    Abbasi, R. U.
    Abu-Zayyad, T.
    Allen, M.
    Amman, J. F.
    Archbold, G.
    Belov, K.
    Belz, J. W.
    Ben Zvi, S. Y.
    Bergman, D. R.
    Blake, S. A.
    Brusova, O. A.
    Burt, G. W.
    Cannon, C.
    Cao, Z.
    Connolly, B. C.
    Deng, W.
    Fedorova, Y.
    Finley, C. B.
    Gray, R. C.
    Hanlon, W. F.
    Hoffman, C. M.
    Holzscheiter, M. H.
    Hughes, G.
    Huentemeyer, P.
    Jones, B. F.
    Jui, C. C. H.
    Kim, K.
    Kirn, M. A.
    Loh, E. C.
    Maestas, M. M.
    Manago, N.
    Marek, L. J.
    Martens, K.
    Matthews, J. A. J.
    Matthews, J. N.
    Moore, S. A.
    O'Neill, A.
    Painter, C. A.
    Perera, L.
    Reil, K.
    Riehle, R.
    Roberts, M.
    Rodriguez, D.
    Sasaki, N.
    Schnetzer, S. R.
    Scott, L. M.
    Sinnis, G.
    Smith, J. D.
    Sokolsky, P.
    Song, C.
    [J]. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2008, 100 (10)
  • [2] Spectrum of the Isotropic Diffuse Gamma-Ray Emission Derived from First-Year Fermi Large Area Telescope Data
    abdo, A. A.
    Ackermann, M.
    Ajello, M.
    Atwood, W. B.
    Baldini, L.
    Ballet, J.
    Barbiellini, G.
    Bastieri, D.
    Baughman, B. M.
    Bechtol, K.
    Bellazzini, R.
    Berenji, B.
    Blandford, R. D.
    Bloom, E. D.
    Bonamente, E.
    Borgland, A. W.
    Bregeon, J.
    Brez, A.
    Brigida, M.
    Bruel, P.
    Burnett, T. H.
    Buson, S.
    Caliandro, G. A.
    Cameron, R. A.
    Caraveo, P. A.
    Casandjian, J. M.
    Cavazzuti, E.
    Cecchi, C.
    Celik, Oe
    Charles, E.
    Chekhtman, A.
    Cheung, C. C.
    Chiang, J.
    Ciprini, S.
    Claus, R.
    Cohen-Tanugi, J.
    Cominsky, L. R.
    Conrad, J.
    Cutini, S.
    Dermer, C. D.
    de Angelis, A.
    de Palma, F.
    Digel, S. W.
    Di Bernardo, G.
    do Couto e Silva, E.
    Drell, P. S.
    Drlica-Wagner, A.
    Dubois, R.
    Dumora, D.
    Farnier, C.
    [J]. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (10)
  • [3] ABDO AA, ARXIV10050996ASTROPH
  • [4] Measurement of the energy spectrum of cosmic rays above 1018 eV using the Pierre Auger Observatory
    Abraham, J.
    Abreu, P.
    Aglietta, M.
    Ahn, E. J.
    Allard, D.
    Allen, J.
    Alvarez-Muniz, J.
    Ambrosio, M.
    Anchordoqui, L.
    Andringa, S.
    Anticic, T.
    Anzalone, A.
    Aramo, C.
    Arganda, E.
    Arisaka, K.
    Arqueros, F.
    Asorey, H.
    Assis, P.
    Aublin, J.
    Ave, M.
    Avila, G.
    Baecker, T.
    Badagnani, D.
    Balzer, M.
    Barber, K. B.
    Barbosa, A. F.
    Barroso, S. L. C.
    Baughman, B.
    Bauleo, P.
    Beatty, J. J.
    Becker, B. R.
    Becker, K. H.
    Belletoile, A.
    Bellido, J. A.
    BenZvi, S.
    Berat, C.
    Bergmann, T.
    Bertou, X.
    Biermann, P. L.
    Billoir, P.
    Blanch-Bigas, O.
    Blanco, F.
    Blanco, M.
    Bleve, C.
    Bluemer, H.
    Bohacova, M.
    Boncioli, D.
    Bonifazi, C.
    Bonino, R.
    Borodai, N.
    [J]. PHYSICS LETTERS B, 2010, 685 (4-5) : 239 - 246
  • [5] Measurement of the Depth of Maximum of Extensive Air Showers above 1018 eV
    Abraham, J.
    Abreu, P.
    Aglietta, M.
    Ahn, E. J.
    Allard, D.
    Allekotte, I.
    Allen, J.
    Alvarez-Muniz, J.
    Ambrosio, M.
    Anchordoqui, L.
    Andringa, S.
    Anticic, T.
    Anzalone, A.
    Aramo, C.
    Arganda, E.
    Arisaka, K.
    Arqueros, F.
    Asorey, H.
    Assis, P.
    Aublin, J.
    Ave, M.
    Avila, G.
    Baecker, T.
    Badagnani, D.
    Balzer, M.
    Barber, K. B.
    Barbosa, A. F.
    Barroso, S. L. C.
    Baughman, B.
    Bauleo, P.
    Beatty, J. J.
    Becker, B. R.
    Becker, K. H.
    Belletoile, A.
    Bellido, J. A.
    BenZvi, S.
    Berat, C.
    Bergmann, T.
    Bertou, X.
    Biermann, P. L.
    Billoir, P.
    Blanch-Bigas, O.
    Blanco, F.
    Blanco, M.
    Bleve, C.
    Bluemer, H.
    Bohacova, M.
    Boncioli, D.
    Bonifazi, C.
    Bonino, R.
    [J]. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 104 (09)
  • [6] Limit on the diffuse flux of ultrahigh energy tau neutrinos with the surface detector of the Pierre Auger Observatory
    Abraham, J.
    Abreu, P.
    Aglietta, M.
    Aguirre, C.
    Ahn, E. J.
    Allard, D.
    Allekotte, I.
    Allen, J.
    Allison, P.
    Alvarez-Muniz, J.
    Ambrosio, M.
    Anchordoqui, L.
    Andringa, S.
    Anzalone, A.
    Aramo, C.
    Argiro, S.
    Arisaka, K.
    Arneodo, F.
    Arqueros, F.
    Asch, T.
    Asorey, H.
    Assis, P.
    Aublin, J.
    Ave, M.
    Avila, G.
    Baecker, T.
    Badagnani, D.
    Barber, K. B.
    Barbosa, A. F.
    Barroso, S. L. C.
    Baughman, B.
    Bauleo, P.
    Beatty, J. J.
    Beau, T.
    Becker, B. R.
    Becker, K. H.
    Belletoile, A.
    Bellido, J. A.
    BenZvi, S.
    Berat, C.
    Bernardini, P.
    Bertou, X.
    Biermann, P. L.
    Billoir, P.
    Blanch-Bigas, O.
    Blanco, F.
    Bleve, C.
    Bluemer, H.
    Bohacova, M.
    Bonifazi, C.
    [J]. PHYSICAL REVIEW D, 2009, 79 (10)
  • [7] Upper limit on the diffuse flux of ultrahigh energy tau neutrinos from the Pierre Auger Observatory
    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.
    Argiro, S.
    Arisaka, K.
    Armengaud, E.
    Arneodo, F.
    Arqueros, F.
    Asch, T.
    Asorey, H.
    Assis, P.
    Atulugama, B. S.
    Aublin, J.
    Ave, M.
    Avila, G.
    Baecker, T.
    Badagnani, D.
    Barbosa, A. F.
    Barnhill, D.
    Barroso, S. L. C.
    Bauleo, P.
    Beatty, J. J.
    Beau, T.
    Becker, B. R.
    Becker, K. H.
    Bellido, J. A.
    BenZvi, S.
    Berat, C.
    Bergmann, T.
    Bernardini, P.
    Bertou, X.
    Biermann, P. L.
    Billoir, P.
    Blanch-Bigas, O.
    Blanco, F.
    Blasi, P.
    Bleve, C.
    Bluemer, H.
    Bohacova, M.
    [J]. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2008, 100 (21)
  • [8] Observation of the suppression of the flux of cosmic rays above 4x1019 eV
    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.
    Argiro, S.
    Arisaka, K.
    Armengaud, E.
    Arneodo, F.
    Arqueros, F.
    Asch, T.
    Asorey, H.
    Assis, P.
    Atulugama, B. S.
    Aublin, J.
    Ave, M.
    Avila, G.
    Backer, T.
    Badagnani, D.
    Barbosa, A. F.
    Barnhill, D.
    Barroso, S. L. C.
    Baughman, B.
    Bauleo, P.
    Beatty, J. J.
    Beau, T.
    Becker, B. R.
    Becker, K. H.
    Bellido, J. A.
    BenZvi, S.
    Berat, C.
    Bergmann, T.
    Bernardini, P.
    Bertou, X.
    Biermann, P. L.
    Billoir, P.
    Blanch-Bigas, O.
    Blanco, F.
    Blasi, P.
    Bleve, C.
    Mer, H. Blu
    [J]. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2008, 101 (06)
  • [9] Multiyear search for a diffuse flux of muon neutrinos with AMANDA-II
    Achterberg, A.
    Ackermann, M.
    Adams, J.
    Ahrens, J.
    Andeen, K.
    Auffenberg, J.
    Bai, X.
    Baret, B.
    Barwick, S. W.
    Bay, R.
    Beattie, K.
    Becka, T.
    Becker, J. K.
    Becker, K.-H.
    Berghaus, P.
    Berley, D.
    Bernardini, E.
    Bertrand, D.
    Besson, D. Z.
    Blaufuss, E.
    Boersma, D. J.
    Bohm, C.
    Bolmont, J.
    Boeser, S.
    Botner, O.
    Bouchta, A.
    Braun, J.
    Burgess, T.
    Castermans, T.
    Chirkin, D.
    Christy, B.
    Clem, J.
    Cowen, D. F.
    D'Agostino, M. V.
    Davour, A.
    Day, C. T.
    De Clercq, C.
    Demirors, L.
    Descamps, F.
    Desiati, P.
    DeYoung, T.
    Diaz-Velez, J. C.
    Dreyer, J.
    Dumm, J. P.
    Duvoort, M. R.
    Edwards, W. R.
    Ehrlich, R.
    Eisch, J.
    Ellsworth, R. W.
    Evenson, P. A.
    [J]. PHYSICAL REVIEW D, 2007, 76 (04):
  • [10] First year performance of the IceCube neutrino telescope
    Achterberg, A.
    Ackermann, M.
    Adams, J.
    Ahrens, J.
    Andeen, K.
    Atlee, D. W.
    Baccus, J.
    Bahcall, J. N.
    Bai, X.
    Baret, B.
    Bartelt, M.
    Barwick, S. W.
    Bay, R.
    Beattie, K.
    Becka, T.
    Becker, J. K.
    Becker, K. -H.
    Berghaus, P.
    Berley, D.
    Bernardini, E.
    Bertrand, D.
    Besson, D. Z.
    Blaufuss, E.
    Boersma, D. J.
    Boeser, S.
    Botner, O.
    Bouchta, A.
    Braun, J.
    Burgess, C.
    Burgess, T.
    Castermans, T.
    Cherwinka, J.
    Chirkin, D.
    Clem, J.
    Cowen, D. F.
    D'Agostino, M. V.
    Davour, A.
    Day, C. T.
    De Clercq, C.
    Demiroer, L.
    Desiati, P.
    DeYoung, T.
    Diaz-Velez, J. C.
    Dreyer, J.
    Duvoort, M. R.
    Edwards, W. R.
    Ehrlich, R.
    Eisch, J.
    Elcheikh, A.
    Ellsworth, R. W.
    [J]. ASTROPARTICLE PHYSICS, 2006, 26 (03) : 155 - 173