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 as well as 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. All scenarios were tested against the background expectation and together yield an overall p-value of 93%; therefore, they show consistency with the background only. The derived upper limits on the total energy emitted in neutrinos are 1.7 × 1048 erg for stripped-envelope supernovae, 2.8 × 1048 erg for type IIP, and 1.3 × 1049 erg for type IIn SNe, the latter disfavoring models with optimistic assumptions for neutrino production in interacting supernovae. We conclude that stripped-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 [ 103-105] 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.
Original language | English |
---|---|
Article number | L12 |
Journal | Astrophysical Journal Letters |
Volume | 949 |
Issue number | 1 |
DOIs | |
State | Published - 1 May 2023 |
Fingerprint
Dive into the research topics of 'Constraining High-energy Neutrino Emission from Supernovae with IceCube'. Together they form a unique fingerprint.Cite this
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In: Astrophysical Journal Letters, Vol. 949, No. 1, L12, 01.05.2023.
Research output: Contribution to journal › Article › peer-review
TY - JOUR
T1 - Constraining High-energy Neutrino Emission from Supernovae with IceCube
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N1 - Publisher Copyright: © 2023. The Author(s). Published by the American Astronomical Society.
PY - 2023/5/1
Y1 - 2023/5/1
N2 - 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 as well as 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. All scenarios were tested against the background expectation and together yield an overall p-value of 93%; therefore, they show consistency with the background only. The derived upper limits on the total energy emitted in neutrinos are 1.7 × 1048 erg for stripped-envelope supernovae, 2.8 × 1048 erg for type IIP, and 1.3 × 1049 erg for type IIn SNe, the latter disfavoring models with optimistic assumptions for neutrino production in interacting supernovae. We conclude that stripped-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 [ 103-105] 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.
AB - 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 as well as 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. All scenarios were tested against the background expectation and together yield an overall p-value of 93%; therefore, they show consistency with the background only. The derived upper limits on the total energy emitted in neutrinos are 1.7 × 1048 erg for stripped-envelope supernovae, 2.8 × 1048 erg for type IIP, and 1.3 × 1049 erg for type IIn SNe, the latter disfavoring models with optimistic assumptions for neutrino production in interacting supernovae. We conclude that stripped-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 [ 103-105] 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.
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M3 - Article
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SN - 2041-8205
VL - 949
JO - Astrophysical Journal Letters
JF - Astrophysical Journal Letters
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