Constraining High-Energy Neutrino Emission from Supernovae with IceCube

Abbasi, R.; Hill, G. C.; Koirala, R.; Schneider, J.; Bourbeau, E.; Sandrock, A.; Conrad, J. M.; Spannfellner, C.; Huber, T.; Procter-Murphy, R.; Sommani, G.; Przybylski, G. T.; Oehler, M.; Snihur, R.; Seunarine, S.; Moore, R. W.; Rawlins, K.; Jin, M.; Hymon, K.; Amin, N. M.; Weyrauch, M.; Haack, C.; Marka, Z.; Ahlers, M.; Montaruli, T.; Schröder, F. G.; Naumann, U.; Kin, K.; Vannerom, D.; Thwaites, J.; Nakos, M.; Ruohan, L.; Ruhe, T.; Diaz, A.; Kozynets, T.; Burley, R. T.; Makino, Y.; Lyu, Y.; Mockler, D.; Ryckbosch, D.; Lincetto, M.; Robertson, S.; Rhode, W.; Katz, U.; Butterfield, D.; Unland Elorrieta, M. A.; Niederhausen, H.; Beise, J.; Kiryluk, J.; Schindler, S.; Jansson, M.; Griswold, S.; Morse, R.; Santander, M.; Domi, A.; Alameddine, J. M.; Agarwalla, S. K.; Wolf, M.; Koundal, P.; Sarkar, S.; Ackermann, M.; Soedingrekso, J.; Becker, K.-H.; Twagirayezu, J. P.; Roberts, E. J.; Zathul, A. Khatee; Jeong, M.; Fazely, A. R.; van Santen, J.; Yildizci, E.; Krupczak, E.; Binder, G.; Ehrhardt, T.; Collin, G. H.; Gutjahr, P.; Ma, W. Y.; Spiering, C.; O'Dell, V.; Pieper, S.; Japaridze, G. S.; Upadhyay, A. K.; Parker, G. K.; Madsen, J.; Merckx, Y.; Carnie-Bronca, E. G.; Kumar, Anil; Lazar, J. P.; Tilav, S.; Sainte, W. Marie; In, S.; Book, J. Y.; Spiczak, G. M.; Raab, C.; Lucarelli, F.; Wulff, J.; Pries, B.; Resconi, E.; Wendt, C.; Veitch-Michaelis, J.; Balagopal, V. A.; Kelley, J. L.; Lohfink, E.; Ganster, E.; Dittmer, M.; Baricevic, M.; Pandya, H.; Bontempo, F.; Nowicki, S. C.; Micallef, J.; Engel, R.; Hickford, S.; Silva, M.; Bay, R.; Blot, S.; Stamatikos, M.; Aguilar, J. A.; Kardum, L.; Shimizu, N.; Halzen, F.; Desiati, P.; Andeen, K.; Schumacher, L.; Kolanoski, H.; Luszczak, W.; McNally, F.; Hünnefeld, M.; Reichherzer, P.; Adams, J.; Sclafani, S.; Garrappa, S.; Mayhew, F.; Ha Minh, M.; Schlüter, B.; Medina, A.; Stezelberger, T.; Deoskar, K.; Maruyama, R.; Rehman, A.; Søgaard, A.; Grant, D.; Chirkin, D.; Thompson, W. G.; Riedel, B.; Argüelles, C.; Morii, Y.; Kappesser, D.; Coppin, P.; Necker, J.; Rodriguez, M. Prado; Köpke, L.; Upshaw, K.; Hatch, P.; Karg, T.; Jayakumar, K.; Kopper, C.; Fischer, Leander; Taboada, I.; Smithers, B.; Campana, M. A.; Klein, S. R.; Hidvegi, A.; Mukherjee, T.; Lad, N.; Kurahashi, N.; Karle, A.; Ludwig, A.; Schaufel, M.; Lamoureux, M.; Savelberg, J.; DeLaunay, J. J.; Peterson, J.; Fedynitch, A.; Bernardini, E.; Kang, X.; Shefali, S.; Glauch, T.; Berley, D.; Chattopadhyay, S.; Gallagher, J.; Bai, X.; Liu, Q. R.; Wiebusch, C. H.; Hardin, J.; Roellinghoff, G.; Ter-Antonyan, S.; Rack-Helleis, J.; Leonard DeHolton, K.; Correa, P.; Lu, L.; Karl, M.; de Vries, K. D.; Fox, D.; Stanev, T.; Kang, W.; Rechav, Z.; Olivas, A.; Dave, P.; Zhelnin, P.; IceCube Collaboration; Skrzypek, B.; Wrede, G.; Hellrung, J.; Harnisch, A. A.; Lee, J. W.; Herrera, S. E. Sanchez; Lauber, F.; Gerhardt, L.; Reusch, S.; Meier, M.; Salazar-Gallegos, D.; Haungs, A.; Yu, S.; Mechbal, S.; Braun, J.; Goswami, S.; Clark, B. A.; Eller, P.; Safa, I.; Paul, L.; BenZvi, S.; Ty, B.; DeYoung, T.; Sullivan, G. W.; Sharma, A.; Orsoe, R.; Griffin, S.; de Wasseige, G.; Yu, F.; Goehlke, N.; Hussain, R.; Garcia, A.; Botner, O.; Becker Tjus, J.; Hanson, K.; Savina, P.; Athanasiadou, S.; Xu, X. W.; Halve, L.; Meneguolo, C. Boscolo; Nisa, M. U.; Erpenbeck, H.; Marka, S.; Lagunas Gualda, C.; Hultqvist, K.; Stein, Robert; Williams, D. R.; Stuttard, T.; Evenson, P. A.; Pizzuto, A.; Hoshina, K.; Kowalski, M.; Fürst, P.; van Eijndhoven, N.; Böttcher, J.; Anton, G.; Feigl, N.; Chen, Z.; Rott, C.; Zhang, Z.; Hou, W.; Watson, T. B.; Choi, S.; Connolly, A.; Axani, S. N.; Busse, R. S.; Barwick, S. W.; Mead, J. V.; Yuan, T.; Rongen, M.; Kovacevich, M.; Günther, C.; Trettin, A.; Martinez-Soler, I.; Carloni, K.; Soldin, D.; Vandenbroucke, J.; Heuermann, L.; Nagai, R.; Fritz, A.; McElroy, T.; Yanez, J. P.; Gray, S. J.; Kun, E.; O'Sullivan, E.; Whitehorn, N.; Kappes, A.; Bellenghi, C.; Chen, C.; DuVernois, M. A.; Richman, M.; Lozano Mariscal, C. J.; Oeyen, B.; Coleman, A.; Weaver, C.; Gaisser, T. K.; Weigel, P.; Neumann, M.; Meagher, K.; Veske, D.; Kang, D.; Turcotte, R.; Iovine, N.; Tung, C. F.; Cowen, D. F.; Renzi, G.; Werthebach, J.; Mahn, K. B. M.; Friedman, E.; Schwefer, G.; Jones, B. J. P.; Philippen, S.; Halliday, R.; De Clercq, C.; Meighen-Berger, S.; Yoshida, S.; Hamdaoui, H.; Desai, A.; Hill, C.; Schmidt, T.; Vara, J.; Osborn, J.; Love, C.; Saffer, J.; Rodan, S.; Fang, K.; Toscano, S.; Gonzalez, J. G.; Dembinski, H.; Venugopal, M.; Naab, R.; Díaz-Vélez, J. C.; Fan, K. L.; Delgado López, D.; Koskinen, D. J.; Classen, L.; Finley, C.; Beatty, J. J.; Franckowiak, A.; Liubarska, M.; Ashida, Y.; Brinson, B.; Evans, J.; Brostean-Kaiser, J.; Tönnis, C.; Popovych, Y.; Moulai, M.; Kheirandish, A.; Hallgren, A.; Tosi, D.; Mancina, S.; Blaufuss, E.; Henningsen, F.; Stürwald, T.; Paudel, E. N.; Countryman, S.; Böser, S.; Larson, M. J.; Jacquart, M.; Merten, L.; Sampathkumar, P.; Kruiswijk, K.; Walck, C.; Bindig, D.; Valtonen-Mattila, N.; Tollefson, K.; Pollmann, A. Obertacke; Ishihara, A.; Kochocki, A.; Kontrimas, T.; Hoffman, K. D.; Helbing, K.; Mariş, I. C.; Kauer, M.; de los Heros, C. Pérez; Basu, V.; Park, N.; Marsee, M.; Weldert, J.; Ghadimi, A.; Plum, M.; Glaser, C.; Willey, N.; Schieler, H.; Dujmovic, H.; Besson, D. Z.; Noell, A.; Leszczyńska, A.; Glüsenkamp, T.; Seckel, D.; Weindl, A.; Fiedlschuster, S.; Verpoest, S.

Preprint

PUBDB-2023-01341

Constraining High-Energy Neutrino Emission from Supernovae with IceCube

Abbasi, R. ; Ackermann, M.DESY* ; 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.DESY* ; Axani, S. N. ; Bai, X. ; Balagopal, V. A. ; Baricevic, M. ; Barwick, S. W. ; Basu, V. ; Bay, R. ; Beatty, J. J. ; Becker, K.-H. ; Becker Tjus, J. ; Beise, J. ; Bellenghi, C. ; BenZvi, S. ; Berley, D. ; Bernardini, E.Extern* ; Besson, D. Z. ; Binder, G. ; Bindig, D. ; Blaufuss, E. ; Blot, S.DESY* ; Bontempo, F. ; Book, J. Y. ; Meneguolo, C. B. ; Böser, S. ; Botner, O. ; Böttcher, J. ; Bourbeau, E. ; Braun, J. ; Brinson, B. ; Brostean-Kaiser, J.DESY* ; Burley, R. T. ; Busse, R. S. ; Butterfield, D. ; Campana, M. A. ; Carloni, K. ; Carnie-Bronca, E. G. ; Chattopadhyay, S. ; 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. ; Delgado López, D. ; 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.DESY* ; Fox, D. ; Franckowiak, A.Extern* ; Friedman, E. ; Fritz, A. ; Fürst, P. ; Gaisser, T. K. ; Gallagher, J. ; Ganster, E. ; Garcia, A. ; Garrappa, S.Extern*DESY* ; Gerhardt, L. ; Ghadimi, A. ; Glaser, C. ; Glauch, T. ; Glüsenkamp, T.DESY* ; 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. ; Ha Minh, M. ; Hanson, K. ; Hardin, J. ; Harnisch, A. A. ; Hatch, P. ; Haungs, A. ; Helbing, K. ; Hellrung, J. ; Henningsen, F. ; Heuermann, L. ; 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. ; Iovine, N. ; 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.DESY* ; Karl, M. ; Karle, A. ; Katz, U. ; Kauer, M. ; Kelley, J. L. ; Zathul, A. K. ; Kheirandish, A. ; Kin, K. ; Kiryluk, J. ; Klein, S. R. ; Kochocki, A. ; Koirala, R. ; Kolanoski, H.Extern* ; Kontrimas, T. ; Köpke, L. ; Kopper, C. ; Koskinen, D. J. ; Koundal, P. ; Kovacevich, M. ; Kowalski, M.DESY* ; Kozynets, T. ; Kruiswijk, K. ; Krupczak, E. ; Kumar, A.DESY* ; Kun, E. ; Kurahashi, N. ; Lad, N.DESY* ; Lagunas Gualda, C.DESY* ; Lamoureux, M. ; Larson, M. J. ; Lauber, F. ; Lazar, J. P. ; Lee, J. W. ; Leonard DeHolton, K. ; Leszczyńska, A. ; Lincetto, M. ; Liu, Q. R. ; Liubarska, M. ; Lohfink, E. ; Love, C. ; Lozano Mariscal, C. J. ; Lu, L. ; Lucarelli, F. ; Ludwig, A. ; Luszczak, W. ; Lyu, Y. ; Ma, W. Y.DESY* ; Madsen, J. ; Mahn, K. B. M. ; Makino, Y. ; Mancina, S. ; Sainte, W. M. ; 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.DESY* ; Medina, A. ; Meier, M. ; Meighen-Berger, S. ; Merckx, Y. ; Merten, L. ; Micallef, J. ; Mockler, D. ; Montaruli, T. ; Moore, R. W. ; Morii, Y. ; Morse, R. ; Moulai, M. ; Mukherjee, T. ; Naab, R.DESY* ; Nagai, R. ; Nakos, M. ; Naumann, U. ; Necker, J.DESY* ; Neumann, M. ; Niederhausen, H. ; Nisa, M. U. ; Noell, A. ; Nowicki, S. C. ; Pollmann, A. O. ; 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. ; de los Heros, C. P. ; Peterson, J. ; Philippen, S. ; Pieper, S. ; Pizzuto, A. ; Plum, M. ; Popovych, Y. ; Rodriguez, M. P. ; Pries, B. ; Procter-Murphy, R. ; Przybylski, G. T. ; Raab, C. ; Rack-Helleis, J. ; Rawlins, K. ; Rechav, Z. ; Rehman, A. ; Reichherzer, P. ; Renzi, G. ; Resconi, E. ; Reusch, S.DESY* ; 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. ; Athanasiadou, S. ; Safa, I. ; Saffer, J. ; Salazar-Gallegos, D. ; Sampathkumar, P. ; Herrera, S. E. S. ; Sandrock, A. ; Santander, M. ; Sarkar, S. ; Sarkar, S. ; Savelberg, J. ; Savina, P. ; Schaufel, M. ; Schieler, H. ; Schindler, S. ; Schlüter, B. ; 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.DESY* ; Stamatikos, M. ; Stanev, T. ; Stein, R.DESY* ; 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.Extern*DESY* ; Tung, C. F. ; Turcotte, R. ; Twagirayezu, J. P. ; Ty, B. ; Unland Elorrieta, M. A. ; Upadhyay, A. K. ; Upshaw, K. ; Valtonen-Mattila, N. ; Vandenbroucke, J. ; van Eijndhoven, N. ; Vannerom, D. ; van Santen, J.DESY* ; 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. ; Wulff, J. ; Xu, X. W. ; Yanez, J. P. ; Yildizci, E. ; Yoshida, S. ; Yu, F. ; Yu, S. ; Yuan, T. ; Zhang, Z. ; Zhelnin, P. ; IceCube Collaboration (Collaboration author)DESY*

2023

[10.3204/PUBDB-2023-01341]

This record in other databases:

Please use a persistent id in citations: doi:10.3204/PUBDB-2023-01341

Report No.: arXiv:2303.03316

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.

Keyword(s): neutrino: flux ; neutrino: particle source ; neutrino: energy spectrum ; energy: emission ; neutrino: production ; supernova ; background ; correlation ; collapse ; IceCube ; GeV ; stacking ; neutrino: VHE ; neutrino: UHE ; neutrino: luminosity ; neutrino: energy