Constraining the contribution of Gamma-Ray Bursts to the high-energy diffuse neutrino flux with 10 years of ANTARES data

Autor: J.D. Zornoza, U. Katz, F. Filippini, H. Brânzaş, Steven Tingay, Giuseppe Levi, Michel André, B. Strandberg, M. Perrin-Terrin, M. Anghinolfi, Michael Moser, J. Hößl, R. Cherkaoui El Moursli, Hervé Glotin, V. Van Elewyck, Dominique Lefèvre, Julien Aublin, G. Illuminati, P. de Jong, C. W. James, N.R. Khan-Chowdhury, Jutta Schnabel, M. Taiuti, Th. Stolarczyk, Silvia Celli, Alba Domi, Alessia Capone, A. Creusot, Emanuele Leonora, S. Sánchez Navas, N. Randazzo, J. Carr, S. Reck, C. Donzaud, Abdelilah Moussa, A. Trovato, D. Lopez-Coto, V. Popa, Thierry Pradier, B. Belhorma, G.E. Păvălaş, Mohamed Chabab, Steffen Hallmann, S. Viola, S.F. Biagi, B. O'Fearraigh, Massimiliano Lincetto, Thomas Eberl, M. Bissinger, A. Marinelli, T. N. Chau, R. Gozzini, F. Schüssler, Matthias Kadler, A. Sánchez-Losa, Robert Lahmann, M. Organokov, P. Coyle, R. Le Breton, R. Muller, O. Kalekin, Jörn Wilms, Kay Graf, Karel Melis, Daniele Vivolo, M.C. Bouwhuis, M. Jongen, Anne Deschamps, L. Nauta, Antoine Kouchner, C. Guidi, C. Distefano, D. F. E. Samtleben, B. Baret, Vladimir Kulikovskiy, C. Pellegrino, Damien Dornic, A. Zegarelli, M. de Jong, Matteo Sanguineti, A. Nuñez-Castiñeyra, Giovanna Ferrara, M. Circella, J. Manczak, J. Brunner, M. Colomer-Molla, E. Nezri, G. Maggi, G. Riccobene, B. Vallage, V. Bertin, P. Migliozzi, R. Bruijn, S. Loucatos, G. de Wasseige, I. Di Palma, Antonio F. Díaz, Maurizio Spurio, F. Huang, Arnauld Albert, A.J. Heijboer, Paolo Fermani, J. Zúñiga, Tommaso Chiarusi, N. E. l. Khayati, C. Poirè, P. Piattelli, J.A. Martínez-Mora, Alexis Coleiro, M. Marcelin, R. Coniglione, J. Hofestädt, L. Caramete, Jihad Boumaaza, Paolo Sapienza, M. Ardid, F. Versari, A. Enzenhöfer, Yann Hello, S. Mazzou, D. Drouhin, Gisela Anton, J.J. Hernández-Rey, Yahya Tayalati, S. Basa, L. Fusco, H. van Haren, M. Bouta, A. Ettahiri, Annarita Margiotta, Jose Busto, T. Thakore, I. Kreykenbohm, J-J. Aubert
Přispěvatelé: Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA)), Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM), Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - 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LAB - Laboratori d'Aplicacions Bioacústiques, Albert A., Andre M., Anghinolfi M., Anton G., Ardid M., Aubert J.-J., Aublin J., Baret B., Basa S., Belhorma B., Bertin V., Biagi S., Bissinger M., Boumaaza J., Bouta M., Bouwhuis M.C., Branzas H., Bruijn R., Brunner J., Busto J., Capone A., Caramete L., Carr J., Celli S., Chabab M., Chau T.N., Cherkaoui El Moursli R., Chiarusi T., Circella M., Coleiro A., Colomer-Molla M., Coniglione R., Coyle P., Creusot A., Diaz A.F., De Wasseige G., Deschamps A., Distefano C., Palma I.D., Domi A., Donzaud C., Dornic D., Drouhin D., Eberl T., Khayati N.E.L., Enzenhofer A., Ettahiri A., Fermani P., Ferrara G., Filippini F., Fusco L.A., Gay P., Glotin H., Gozzini R., Graf K., Guidi C., Hallmann S., Van Haren H., Heijboer A.J., Hello Y., Hernandez-Rey J.J., Hossl J., Hofestadt J., Huang F., Illuminati G., James C.W., De Jong M., De Jong P., Jongen M., Kadler M., Kalekin O., Katz U., Khan-Chowdhury N.R., Kouchner A., Kreykenbohm I., Kulikovskiy V., Lahmann R., Le Breton R., Lefevre D., Leonora E., Levi G., Lincetto M., Lopez-Coto D., Loucatos S., Maggi G., Manczak J., Marcelin M., Margiotta A., Marinelli A., Martinez-Mora J.A., Mazzou S., Melis K., Migliozzi P., Moser M., Moussa A., Muller R., Nauta L., Navas S., Nezri E., Nunez-Castineyra A., O'Fearraigh B., Organokov M., Pavalas G.E., Pellegrino C., Perrin-Terrin M., Piattelli P., Poire C., Popa V., Pradier T., Randazzo N., Reck S., Riccobene G., Sanchez-Losa A., Samtleben D.F.E., Sanguineti M., Sapienza P., Schnabel J., Schussler F., Spurio M., Stolarczyk T., Strandberg B., Taiuti M., Tayalati Y., Thakore T., Tingay S.J., Trovato A., Vallage B., Van Elewyck V., Versari F., Viola S., Vivolo D., Wilms J., Zegarelli A., Zornoza J.D., Zuniga J.
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Astrofísica
Acceleration of particles
Flux
Astrophysics
7. Clean energy
01 natural sciences
neutrino: flux
IceCube
High Energy Physics - Experiment
High Energy Physics - Experiment (hep-ex)
neutrino
Gamma rays bursts
Hadronic interactions
Raigs gamma
hal-03171355
transients: gamma-ray bursts
[PHYS.HEXP]Physics [physics]/High Energy Physics - Experiment [hep-ex]
acceleration of particles
astroparticle physics
neutrinos
010303 astronomy & astrophysics
acceleration of particle
High Energy Astrophysical Phenomena (astro-ph.HE)
Physics
astro-ph.HE
astro-ph.IM
Energy
astroparticle physic
shock waves
Cosmology
Lorentz factor
Physique [physics]/Astrophysique [astro-ph]
Neutrino detector
Neutrino astronomy
quality
stacking
gamma-ray bursts [Transients]
symbols
Gamma-ray bursts
Neutrino
Astrophysics - High Energy Astrophysical Phenomena
Astrophysics - Instrumentation and Methods for Astrophysics
Central engines
Lorentz
Internal shocks
Astrophysics::High Energy Astrophysical Phenomena
FOS: Physical sciences
Neutrino fluxes
gamma ray: burst
Physique [physics]/Physique [physics]
Transients
symbols.namesake
muon
0103 physical sciences
Neutrins
[PHYS.PHYS.PHYS-INS-DET]Physics [physics]/Physics [physics]/Instrumentation and Detectors [physics.ins-det]
Neutrinos
Instrumentation and Methods for Astrophysics (astro-ph.IM)
Cosmic rays
Neutrons
Astroparticle physics
neutrino muon
Muon
ANTARES
010308 nuclear & particles physics
Gamma rays
Diffuse flux
Astronomy and Astrophysics
Astrophysical sources
redshift
Stars
Physique [physics]/Physique des Hautes Energies - Expérience [hep-ex]
Redshift
Space and Planetary Science
FISICA APLICADA
Física::Astronomia i astrofísica [Àrees temàtiques de la UPC]
High Energy Physics::Experiment
Gamma-ray burst
[PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph]
Zdroj: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2020, 500 (4), pp.5614-5628. ⟨10.1093/mnras/staa3503⟩
Mon.Not.Roy.Astron.Soc.
Mon.Not.Roy.Astron.Soc., 2021, 500, pp.5614. ⟨10.1093/mnras/staa3503⟩
Mon.Not.Roy.Astron.Soc., 2020, 500 (4), pp.5614-5628. ⟨10.1093/mnras/staa3503⟩
UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC
Universitat Politècnica de Catalunya (UPC)
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 500(4), 5614-5628. Oxford University Press
RiuNet. Repositorio Institucional de la Universitat Politécnica de Valéncia
instname
ISSN: 0035-8711
1365-2966
DOI: 10.1093/mnras/staa3503⟩
Popis: [EN] Addressing the origin of the astrophysical neutrino flux observed by IceCube is of paramount importance. Gamma-Ray Bursts (GRBs) are among the few astrophysical sources capable of achieving the required energy to contribute to such neutrino flux through p¿ interactions. In this work, ANTARES data have been used to search for upward going muon neutrinos in spatial and temporal coincidence with 784 GRBs occurred from 2007 to 2017. For each GRB, the expected neutrino flux has been calculated in the framework of the internal shock model and the impact of the lack of knowledge on the majority of source redshifts and on other intrinsic parameters of the emission mechanism has been quantified. It is found that the model parameters that set the radial distance where shock collisions occur have the largest impact on neutrino flux expectations. In particular, the bulk Lorentz factor of the source ejecta and the minimum variability time-scale are found to contribute significantly to the GRB-neutrino flux uncertainty. For the selected sources, ANTARES data have been analysed by maximizing the discovery probability of the stacking sample through an extended maximum-likelihood strategy. Since no neutrino event passed the quality cuts set by the optimization procedure, 90 per cent confidence level upper limits (with their uncertainty) on the total expected diffuse neutrino flux have been derived, according to the model. The GRB contribution to the observed diffuse astrophysical neutrino flux around 100 TeV is constrained to be less than 10 per cent.
The authors acknowledge the financial support of the funding agencies: Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariata l'energie atomique et auxenergies alternatives (CEA), Commission Europeenne (FEDER fund and Marie Curie Program), Institut Universitaire de France (IUF), LabEx UnivEarthS (ANR-10-LABX-0023 and ANR-18-IDEX-0001), Region Ile-de-France (DIM-ACAV), Region Alsace (contrat CPER), Region Provence-Alpes-Cote d'Azur, Departement du Var and Ville de La Seyne-sur-Mer, France; Bundesministerium fur Bildung und Forschung (BMBF), Germany; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Italy; Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), the Netherlands; Council of the President of the Russian Federation for young scientists and leading scientific schools supporting grants, Russia; Executive Unit for Financing Higher Education, Research, Development and Innovation (UEFISCDI), Romania; Ministerio de Ciencia, Innovacion, Investigacion y Universidades (MCIU): Programa Estatal de Generacion de Conocimiento (refs. PGC2018-096663-B-C41, -A-C42, -B-C43, -B-C44) (MCIU/FEDER), Severo Ochoa Centre of Excellence and MultiDark Consolider (MCIU), Junta de Andalucia (ref. SOMM17/6104/UGR and A-FQM-053-UGR18), Generalitat Valenciana: Grisolia (ref. GRISOLIA/2018/119), Spain; Ministry of Higher Education, Scientific Research and Professional Training, Morocco. We also acknowledge the technical support of Ifremer, AIM and Foselev Marine for the sea operation and the CC-IN2P3 for the computing facilities.
Databáze: OpenAIRE
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