Search for Galactic PeV gamma rays with the IceCube Neutrino Observatory

Aartsen, M. G.; van Eijndhoven, N.; Hill, G. C.; Meagher, K.; Blumenthal, J.; Posselt, J.; Daughhetee, J.; Yodh, G.; Berghaus, P.; Soiron, M.; Fischer-Wasels, T.; Meures, T.; Lesiak-Bzdak, M.; Kläs, J.; Hickford, S.; Zilles, A.; Gerhardt, L.; Westerhoff, S.; Berdermann, J.; Mase, K.; Hulth, P. O.; Sarkar, S.; Haj Ismail, A.; Glüsenkamp, T.; Stamatikos, M.; Engdegård, O.; Wood, T. R.; Przybylski, G. T.; Lauer, R.; Eagan, R.; Aguilar, J. A.; Wissing, H.; Goodman, J. A.; Wallraff, M.; Seunarine, S.; Nahnhauer, R.; Ziemann, J.; Labare, M.; Scheel, M.; Halzen, F.; Kolanoski, H.; Desiati, P.; Taavola, H.; Buitink, S.; Hussain, S.; Berley, D.; Feintzeig, J.; Vehring, M.; Rawlins, K.; Paul, L.; Stasik, A.; Andeen, K.; Clevermann, F.; Christy, B.; BenZvi, S.; Fuchs, T.; Stößl, A.; Waldenmaier, T.; Walck, C.; De Clercq, C.; McNally, F.; Sander, H.-G.; Seo, S. H.; Saba, S. M.; Schoenen, S.; Maruyama, R.; Descamps, F.; Ha, C.; Odrowski, S.; Merck, M.; Hoffmann, R.; Pirk, N.; Schmidt, T.; Casey, J.; Wendt, C.; Ahlers, M.; Pieloth, D.; Kunnen, J.; Heereman, D.; Kuwabara, T.; Jacobi, E.; Bissok, M.; Montaruli, T.; Matis, H. S.; Naumann, U.; Botner, O.; Milke, N.; Xu, D. L.; Stezelberger, T.; Díaz-Vélez, J. C.; Jacobsen, J.; Stokstad, R. G.; Koskinen, D. J.; Casier, M.; Mohrmann, L.; Rhode, W.; Becker Tjus, J.; Smith, M. W. E.; Wolf, M.; Huelsnitz, W.; Price, P. B.; Pepper, J. A.; Abdou, Y.; Hanson, K.; Clark, K.; Finley, C.; Cruz Silva, A. H.; Bechet, S.; Yoshida, S.; Grant, D.; Obertacke, A.; Chirkin, D.; Schmitz, M.; Olivas, A.; Riedel, B.; Ryckbosch, D.; Wiebe, K.; Heimann, P.; Beatty, J. J.; Williams, D. R.; Gladstone, L.; Franckowiak, A.; Kiryluk, J.; Redl, P.; Frantzen, K.; Kappes, A.; Homeier, A.; Golup, G.; Abbasi, R.; Woschnagg, K.; Tilav, S.; Voge, M.; Feusels, T.; Sullivan, G. W.; Schönherr, L.; Resconi, E.; Toscano, S.; O’Murchadha, A.; Hultqvist, K.; Karg, T.; Fedynitch, A.; Schukraft, A.; Dumm, J. P.; Spiczak, G. M.; Kopper, C.; Taboada, I.; Bohm, C.; Santander, M.; Boersma, D. J.; Bruijn, R.; Vraeghe, M.; Bay, R.; Benabderrahmane, M. L.; Evenson, P. A.; Köhne, J.-H.; Schulz, O.; Dunkman, M.; Klein, S. R.; Adams, J.; Xu, C.; Filimonov, K.; Karle, A.; Toale, P. A.; Pérez de los Heros, C.; Schönwald, A.; Ribordy, M.; Goldschmidt, A.; Hoshina, K.; Kowalski, M.; Panknin, S.; Schöneberg, S.; Kopper, S.; Nygren, D. R.; Walter, M.; Hallgren, A.; Davis, J. C.; Cowen, D. F.; Becker, K.-H.; Nowicki, S. C.; Zoll, M.; Baum, V.; Danninger, M.; Blaufuss, E.; Carson, M.; Wiebusch, C. H.; Köpke, L.; Rott, C.; Schulte, L.; Fazely, A. R.; Hellauer, R.; Dreyer, J.; Böser, S.; Weaver, Ch.; Bernardini, E.; Ström, R.; Bohaichuk, S.; Larson, M. J.; van Santen, J.; Altmann, D.; Grullon, S.; Salameh, T.; Bertrand, D.; Barwick, S. W.; Bose, D.; DeYoung, T.; Gallagher, J.; Bai, X.; Brown, A. M.; Kohnen, G.; Miller, J.; Rothmaier, F.; Bindig, D.; Flis, S.; Zarzhitsky, P.; Franke, R.; Sestayo, Y.; Góra, D.; Strahler, E. A.; Ter-Antonyan, S.; Hoffman, K. D.; Gurtner, M.; Spiering, C.; Soldin, D.; Kurahashi, N.; Helbing, K.; Japaridze, G. S.; Olivo, M.; Van Overloop, A.; Miarecki, S.; De Ridder, S.; Eisch, J.; Brayeur, L.; Madsen, J.; Bell, M.; Ackermann, Markus; Usner, M.; Beattie, K.; Krasberg, M.; Stanev, T.; Sheremata, C.; Heinen, D.; Kislat, F.; Yanez, J. P.; Middell, E.; Jlelati, O.; Rädel, L.; Brunner, J.; Tamburro, A.; Baker, M.; Whitehorn, N.; Auffenberg, J.; van der Drift, D.; Xu, X. W.; Rodrigues, J. P.; Zierke, S.; Ruzybayev, B.; Wasserman, R.; Kroll, G.; Besson, D. Z.; Mészáros, P.; Lünemann, J.; Ellsworth, R. W.; Richman, M.; Euler, S.; Groß, A.; Cohen, S.; Ishihara, A.; Landsman, H.; Seckel, D.; de Vries-Uiterweerd, G.; Ruhe, T.; IceCube Collaboration; Fadiran, O.; Schatto, K.; Morse, R.; Gaisser, T. K.; Scheriau, F.

doi:10.1103/PhysRevD.87.062002

Journal Article

DESY-2014-01282

Search for Galactic PeV gamma rays with the IceCube Neutrino Observatory

Aartsen, M. G. (Corresponding author) ; Abbasi, R. ; Abdou, Y. ; Ackermann, M.DESY* ; Adams, J. ; Aguilar, J. A. ; Ahlers, M. ; Altmann, D. ; Andeen, K. ; Auffenberg, J. ; Bai, X. ; Baker, M. ; Barwick, S. W. ; Baum, V. ; Bay, R. ; Beattie, K. ; Beatty, J. J. ; Bechet, S. ; Becker Tjus, J. ; Becker, K.-H. ; Bell, M. ; Benabderrahmane, M. L.DESY* ; BenZvi, S. ; Berdermann, J.DESY* ; Berghaus, P.DESY* ; Berley, D. ; Bernardini, E.DESY* ; Bertrand, D. ; Besson, D. Z. ; Bindig, D. ; Bissok, M. ; Blaufuss, E. ; Blumenthal, J. ; Boersma, D. J. ; Bohaichuk, S. ; Bohm, C. ; Bose, D. ; Böser, S. ; Botner, O. ; Brayeur, L. ; Brown, A. M. ; Bruijn, R. ; Brunner, J.DESY* ; Buitink, S. ; Carson, M. ; Casey, J. ; Casier, M. ; Chirkin, D. ; Christy, B. ; Clark, K. ; Clevermann, F. ; Cohen, S. ; Cowen, D. F. ; Cruz Silva, A. H.DESY* ; Danninger, M. ; Daughhetee, J. ; Davis, J. C. ; De Clercq, C. ; De Ridder, S. ; Descamps, F. ; Desiati, P. ; de Vries-Uiterweerd, G. ; DeYoung, T. ; Díaz-Vélez, J. C. ; Dreyer, J. ; Dumm, J. P. ; Dunkman, M. ; Eagan, R. ; Eisch, J. ; Ellsworth, R. W. ; Engdegård, O. ; Euler, S. ; Evenson, P. A. ; Fadiran, O. ; Fazely, A. R. ; Fedynitch, A. ; Feintzeig, J. ; Feusels, T. ; Filimonov, K. ; Finley, C. ; Fischer-Wasels, T. ; Flis, S. ; Franckowiak, A. ; Franke, R. ; Frantzen, K. ; Fuchs, T. ; Gaisser, T. K. ; Gallagher, J. ; Gerhardt, L. ; Gladstone, L. ; Glüsenkamp, T.DESY* ; Goldschmidt, A. ; Golup, G. ; Goodman, J. A. ; Góra, D.DESY* ; Grant, D. ; Groß, A. ; Grullon, S. ; Gurtner, M. ; Ha, C. ; Haj Ismail, A. ; Hallgren, A. ; Halzen, F. ; Hanson, K. ; Heereman, D. ; Heimann, P. ; Heinen, D. ; Helbing, K. ; Hellauer, R. ; Hickford, S. ; Hill, G. C. ; Hoffman, K. D. ; Hoffmann, R.Extern* ; Homeier, A. ; Hoshina, K. ; Huelsnitz, W. ; Hulth, P. O. ; Hultqvist, K. ; Hussain, S. ; Ishihara, A. ; Jacobi, E.DESY* ; Jacobsen, J. ; Japaridze, G. S. ; Jlelati, O. ; Kappes, A.Extern* ; Karg, T.DESY* ; Karle, A. ; Kiryluk, J. ; Kislat, F.Extern* ; Kläs, J. ; Klein, S. R. ; Köhne, J.-H. ; Kohnen, G. ; Kolanoski, H. ; Köpke, L. ; Kopper, C. ; Kopper, S. ; Koskinen, D. J. ; Kowalski, M.Extern* ; Krasberg, M. ; Kroll, G. ; Kunnen, J. ; Kurahashi, N. ; Kuwabara, T. ; Labare, M. ; Landsman, H. ; Larson, M. J. ; Lauer, R.DESY* ; Lesiak-Bzdak, M. ; Lünemann, J. ; Madsen, J. ; Maruyama, R. ; Mase, K. ; Matis, H. S. ; McNally, F. ; Meagher, K. ; Merck, M. ; Mészáros, P. ; Meures, T. ; Miarecki, S. ; Middell, E.DESY* ; Milke, N. ; Miller, J. ; Mohrmann, L.DESY* ; Montaruli, T. ; Morse, R. ; Nahnhauer, R.DESY* ; Naumann, U. ; Nowicki, S. C. ; Nygren, D. R. ; Obertacke, A. ; Odrowski, S. ; Olivas, A. ; Olivo, M. ; O’Murchadha, A. ; Panknin, S. ; Paul, L. ; Pepper, J. A. ; Pérez de los Heros, C. ; Pieloth, D. ; Pirk, N.DESY* ; Posselt, J. ; Price, P. B. ; Przybylski, G. T. ; Rädel, L. ; Rawlins, K. ; Redl, P. ; Resconi, E. ; Rhode, W. ; Ribordy, M. ; Richman, M. ; Riedel, B. ; Rodrigues, J. P. ; Rothmaier, F. ; Rott, C. ; Ruhe, T. ; Ruzybayev, B. ; Ryckbosch, D. ; Saba, S. M. ; Salameh, T. ; Sander, H.-G. ; Santander, M. ; Sarkar, S. ; Schatto, K. ; Scheel, M. ; Scheriau, F. ; Schmidt, T. ; Schmitz, M.Extern* ; Schoenen, S. ; Schöneberg, S. ; Schönherr, L. ; Schönwald, A.DESY* ; Schukraft, A. ; Schulte, L. ; Schulz, O. ; Seckel, D. ; Seo, S. H. ; Sestayo, Y. ; Seunarine, S. ; Sheremata, C. ; Smith, M. W. E. ; Soiron, M. ; Soldin, D. ; Spiczak, G. M. ; Spiering, C.DESY* ; Stamatikos, M. ; Stanev, T. ; Stasik, A. ; Stezelberger, T. ; Stokstad, R. G. ; Stößl, A.DESY* ; Strahler, E. A. ; Ström, R. ; Sullivan, G. W. ; Taavola, H. ; Taboada, I. ; Tamburro, A. ; Ter-Antonyan, S. ; Tilav, S. ; Toale, P. A. ; Toscano, S. ; Usner, M. ; van der Drift, D. ; van Eijndhoven, N. ; Van Overloop, A. ; van Santen, J. ; Vehring, M. ; Voge, M. ; Vraeghe, M. ; Walck, C. ; Waldenmaier, T. ; Wallraff, M. ; Walter, M.DESY* ; Wasserman, R. ; Weaver, C. ; Wendt, C. ; Westerhoff, S. ; Whitehorn, N. ; Wiebe, K. ; Wiebusch, C. H. ; Williams, D. R. ; Wissing, H. ; Wolf, M.Extern* ; Wood, T. R. ; Woschnagg, K. ; Xu, C. ; Xu, D. L. ; Xu, X. W. ; Yanez, J. P.DESY* ; Yodh, G. ; Yoshida, S. ; Zarzhitsky, P. ; Ziemann, J. ; Zierke, S. ; Zilles, A. ; Zoll, M. ; IceCube Collaboration (Collaboration author)

2013
Soc. [S.l.]

Physical review / D 87(6), 062002 (2013) [10.1103/PhysRevD.87.062002]

This record in other databases:

Please use a persistent id in citations: doi:10.1103/PhysRevD.87.062002 doi:10.3204/DESY-2014-01282

Abstract: Gamma-ray induced air showers are notable for their lack of muons, compared to hadronic showers. Hence, air shower arrays with large underground muon detectors can select a sample greatly enriched in photon showers by rejecting showers containing muons. IceCube is sensitive to muons with energies above ∼500 GeV at the surface, which provides an efficient veto system for hadronic air showers with energies above 1 PeV. One year of data from the 40-string IceCube configuration was used to perform a search for point sources and a Galactic diffuse signal. No sources were found, resulting in a 90% C.L. upper limit on the ratio of gamma rays to cosmic rays of 1.2×10−3 for the flux coming from the Galactic plane region (−80°≲l≲−30°; −10°≲b≲5°) in the energy range 1.2–6.0 PeV. In the same energy range, point source fluxes with E−2 spectra have been excluded at a level of (E/TeV)2dΦ/dE∼10−12–10−11 cm−2 s−1 TeV−1 depending on source declination. The complete IceCube detector will have a better sensitivity (due to the larger detector size), improved reconstruction, and vetoing techniques. Preliminary data from the nearly final IceCube detector configuration have been used to estimate the 5-yr sensitivity of the full detector. It is found to be more than an order of magnitude better, allowing the search for PeV extensions of known TeV gamma-ray emitters.

Classification: