학술논문
Constraining High-Energy Neutrino Emission from Supernovae with IceCube
Document Type
Working Paper
Author
Abbasi, R.; Ackermann, M.; Adams, J.; Agarwalla, S. K.; Aguilar, J. A.; Ahlers, M.; Alameddine, J. M.; Amin, N. M.; Andeen, K.; Anton, G.; Argüelles, C.; Ashida, Y.; Athanasiadou, S.; Axani, S. N.; Bai, X.; V., A. Balagopal; Baricevic, M.; Barwick, S. W.; Basu, V.; Bay, R.; Beatty, J. J.; Becker, K. -H.; Tjus, J. Becker; Beise, J.; Bellenghi, C.; BenZvi, S.; Berley, D.; Bernardini, E.; Besson, D. Z.; Binder, G.; Bindig, D.; Blaufuss, E.; Blot, S.; Bontempo, F.; Book, J. Y.; Meneguolo, C. Boscolo; Böser, S.; Botner, O.; Böttcher, J.; Bourbeau, E.; Braun, J.; Brinson, B.; Brostean-Kaiser, J.; Burley, R. T.; Busse, R. S.; Butterfield, D.; Campana, M. A.; Carloni, K.; Carnie-Bronca, E. G.; Chattopadhyay, S.; Chau, N.; Chen, C.; Chen, Z.; Chirkin, D.; Choi, S.; Clark, B. A.; Classen, L.; Coleman, A.; Collin, G. H.; Connolly, A.; Conrad, J. M.; Coppin, P.; Correa, P.; Countryman, S.; Cowen, D. F.; Dave, P.; De Clercq, C.; DeLaunay, J. J.; López, D. Delgado; Dembinski, H.; Deoskar, K.; Desai, A.; Desiati, P.; de Vries, K. D.; de Wasseige, G.; DeYoung, T.; Diaz, A.; Díaz-Vélez, J. C.; Dittmer, M.; Domi, A.; Dujmovic, H.; DuVernois, M. A.; Ehrhardt, T.; Eller, P.; Engel, R.; Erpenbeck, H.; Evans, J.; Evenson, P. A.; Fan, K. L.; Fang, K.; Fazely, A. R.; Fedynitch, A.; Feigl, N.; Fiedlschuster, S.; Finley, C.; Fischer, L.; Fox, D.; Franckowiak, A.; Friedman, E.; Fritz, A.; Fürst, P.; Gaisser, T. K.; Gallagher, J.; Ganster, E.; Garcia, A.; Gerhardt, L.; Ghadimi, A.; Glaser, C.; Glauch, T.; Glüsenkamp, T.; Goehlke, N.; Gonzalez, J. G.; Goswami, S.; Grant, D.; Gray, S. J.; Griffin, S.; Griswold, S.; Günther, C.; Gutjahr, P.; Haack, C.; Hallgren, A.; Halliday, R.; Halve, L.; Halzen, F.; Hamdaoui, H.; Minh, M. Ha; Hanson, K.; Hardin, J.; Harnisch, A. A.; Hatch, P.; Haungs, A.; Helbing, K.; Hellrung, J.; Henningsen, F.; Heuermann, L.; Heyer, N.; Hickford, S.; Hidvegi, A.; Hill, C.; Hill, G. C.; Hoffman, K. D.; Hoshina, K.; Hou, W.; Huber, T.; Hultqvist, K.; Hünnefeld, M.; Hussain, R.; Hymon, K.; In, S.; Ishihara, A.; Jacquart, M.; Jansson, M.; Japaridze, G. S.; Jayakumar, K.; Jeong, M.; Jin, M.; Jones, B. J. P.; Kang, D.; Kang, W.; Kang, X.; Kappes, A.; Kappesser, D.; Kardum, L.; Karg, T.; Karl, M.; Karle, A.; Katz, U.; Kauer, M.; Kelley, J. L.; Zathul, A. Khatee; Kheirandish, A.; Kiryluk, J.; Klein, S. R.; Kochocki, A.; Koirala, R.; Kolanoski, H.; Kontrimas, T.; Köpke, L.; Kopper, C.; Koskinen, D. J.; Koundal, P.; Kovacevich, M.; Kowalski, M.; Kozynets, T.; Kruiswijk, K.; Krupczak, E.; Kumar, A.; Kun, E.; Kurahashi, N.; Lad, N.; Gualda, C. Lagunas; Lamoureux, M.; Larson, M. J.; Lauber, F.; Lazar, J. P.; Lee, J. W.; DeHolton, K. Leonard; Leszczyńska, A.; Lincetto, M.; Liu, Q. R.; Liubarska, M.; Lohfink, E.; Love, C.; Mariscal, C. J. Lozano; Lu, L.; Lucarelli, F.; Ludwig, A.; Luszczak, W.; Lyu, Y.; Madsen, J.; Mahn, K. B. M.; Makino, Y.; Mancina, S.; Sainte, W. Marie; Mariş, I. C.; Marka, S.; Marka, Z.; Marsee, M.; Martinez-Soler, I.; Maruyama, R.; Mayhew, F.; McElroy, T.; McNally, F.; Mead, J. V.; Meagher, K.; Mechbal, S.; Medina, A.; Meier, M.; Meighen-Berger, S.; Merckx, Y.; Merten, L.; Micallef, J.; Montaruli, T.; Moore, R. W.; Morii, Y.; Morse, R.; Moulai, M.; Mukherjee, T.; Naab, R.; Nagai, R.; Nakos, M.; Naumann, U.; Necker, J.; Neumann, M.; Niederhausen, H.; Nisa, M. U.; Noell, A.; Nowicki, S. C.; Pollmann, A. Obertacke; O'Dell, V.; Oehler, M.; Oeyen, B.; Olivas, A.; Orsoe, R.; Osborn, J.; O'Sullivan, E.; Pandya, H.; Park, N.; Parker, G. K.; Paudel, E. N.; Paul, L.; Heros, C. Pérez de los; Peterson, J.; Philippen, S.; Pieper, S.; Pizzuto, A.; Plum, M.; Pontén, A.; Popovych, Y.; Rodriguez, M. Prado; Pries, B.; Procter-Murphy, R.; Przybylski, G. T.; Rack-Helleis, J.; Rawlins, K.; Rechav, Z.; Rehman, A.; Reichherzer, P.; Renzi, G.; Resconi, E.; Reusch, S.; Rhode, W.; Richman, M.; Riedel, B.; Roberts, E. J.; Robertson, S.; Rodan, S.; Roellinghoff, G.; Rongen, M.; Rott, C.; Ruhe, T.; Ruohan, L.; Ryckbosch, D.; Safa, I.; Saffer, J.; Salazar-Gallegos, D.; Sampathkumar, P.; Herrera, S. E. Sanchez; Sandrock, A.; Santander, M.; Sarkar, S.; Savelberg, J.; Savina, P.; Schaufel, M.; Schieler, H.; Schindler, S.; Schlüter, B.; Schlüter, F.; Schmidt, T.; Schneider, J.; Schröder, F. G.; Schumacher, L.; Schwefer, G.; Sclafani, S.; Seckel, D.; Seunarine, S.; Sharma, A.; Shefali, S.; Shimizu, N.; Silva, M.; Skrzypek, B.; Smithers, B.; Snihur, R.; Soedingrekso, J.; Søgaard, A.; Soldin, D.; Sommani, G.; Spannfellner, C.; Spiczak, G. M.; Spiering, C.; Stamatikos, M.; Stanev, T.; Stezelberger, T.; Stürwald, T.; Stuttard, T.; Sullivan, G. W.; Taboada, I.; Ter-Antonyan, S.; Thompson, W. G.; Thwaites, J.; Tilav, S.; Tollefson, K.; Tönnis, C.; Toscano, S.; Tosi, D.; Trettin, A.; Tung, C. F.; Turcotte, R.; Twagirayezu, J. P.; Ty, B.; Elorrieta, M. A. Unland; Upadhyay, A. K.; Upshaw, K.; Valtonen-Mattila, N.; Vandenbroucke, J.; van Eijndhoven, N.; Vannerom, D.; van Santen, J.; Vara, J.; Veitch-Michaelis, J.; Venugopal, M.; Verpoest, S.; Veske, D.; Walck, C.; Watson, T. B.; Weaver, C.; Weigel, P.; Weindl, A.; Weldert, J.; Wendt, C.; Werthebach, J.; Weyrauch, M.; Whitehorn, N.; Wiebusch, C. H.; Willey, N.; Williams, D. R.; Wolf, M.; Wrede, G.; Xu, X. W.; Yanez, J. P.; Yildizci, E.; Yoshida, S.; Yu, F.; Yu, S.; Yuan, T.; Zhang, Z.; Zhelnin, P.
Source
Subject
Language
Abstract
Core-collapse supernovae are a promising potential high-energy neutrino source class. We test for correlation between seven years of IceCube neutrino data and a catalog containing more than 1000 core-collapse supernovae of types IIn and IIP and a sample of stripped-envelope supernovae. We search both for neutrino emission from individual supernovae, and for combined emission from the whole supernova sample through a stacking analysis. No significant spatial or temporal correlation of neutrinos with the cataloged supernovae was found. The overall deviation of all tested scenarios from the background expectation yields a p-value of 93% which is fully compatible with background. The derived upper limits on the total energy emitted in neutrinos are $1.7\times 10^{48}$ erg for stripped-envelope supernovae, $2.8\times 10^{48}$ erg for type IIP, and $1.3\times 10^{49}$ erg for type IIn SNe, the latter disfavouring models with optimistic assumptions for neutrino production in interacting supernovae. We conclude that strippe-envelope supernovae and supernovae of type IIn do not contribute more than $14.6\%$ and $33.9\%$ respectively to the diffuse neutrino flux in the energy range of about $10^3-10^5$ GeV, assuming that the neutrino energy spectrum follows a power-law with an index of $-2.5$. Under the same assumption, we can only constrain the contribution of type IIP SNe to no more than $59.9\%$. Thus core-collapse supernovae of types IIn and stripped-envelope supernovae can both be ruled out as the dominant source of the diffuse neutrino flux under the given assumptions.
Comment: Submitted to ApJ Letters
Comment: Submitted to ApJ Letters