The KM3NeT potential for the next core-collapse supernova observation with neutrinos

International audience The KM3NeT research infrastructure is under construction in the Mediterranean Sea. It consists of two water Cherenkov neutrino detectors, ARCA and ORCA, aimed at neutrino astrophysics and oscillation research, respectively. Instrumenting a large volume of sea water with $\sim...

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Bibliographic Details
Published in:The European Physical Journal C
Main Authors: Aiello, S., Albert, A., Garre, S. Alves, Aly, Z., Ambrosone, A., Ameli, F., Andre, M., Androulakis, G., Anghinolfi, M., Anguita, M., Anton, G., Ardid, M., Ardid, S., Aublin, J., Bagatelas, C., Baret, B., Basegmez du Pree, S., Bendahman, M., Benfenati, F., Berbee, E., Van Den Berg, A.M., Bertin, V., Biagi, S., Bissinger, M., Boettcher, M., Cabo, M. Bou, Boumaaza, J., Bouta, M., Bouwhuis, M., Bozza, C., Brânza¸s, H., Bruijn, R., Brunner, J., Buis, E., Buompane, R., Busto, J., Caiffi, B., Calvo, D., Capone, A., Carretero, V., Castaldi, P., Celli, S., Chabab, M., Chau, N., Chen, A., Cherubini, S., Chiarella, V., Chiarusi, T., Circella, M., Cocimano, R.
Other Authors: Groupe de Recherche en Physique des Hautes Energies (GRPHE), Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut Universitaire de Technologie de Colmar, Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), 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 de Paris (UP), Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées (SUBATECH), Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom Paris (IMT)-Institut Mines-Télécom Paris (IMT), Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2), Institut Universitaire de France (IUF), Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.), KM3NeT
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:English
Published: HAL CCSD 2021
Subjects:
Online Access:https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03210328
https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-09187-5
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Aiello, S.
Albert, A.
Garre, S. Alves
Aly, Z.
Ambrosone, A.
Ameli, F.
Andre, M.
Androulakis, G.
Anghinolfi, M.
Anguita, M.
Anton, G.
Ardid, M.
Ardid, S.
Aublin, J.
Bagatelas, C.
Baret, B.
Basegmez du Pree, S.
Bendahman, M.
Benfenati, F.
Berbee, E.
Van Den Berg, A.M.
Bertin, V.
Biagi, S.
Bissinger, M.
Boettcher, M.
Cabo, M. Bou
Boumaaza, J.
Bouta, M.
Bouwhuis, M.
Bozza, C.
Brânza¸s, H.
Bruijn, R.
Brunner, J.
Buis, E.
Buompane, R.
Busto, J.
Caiffi, B.
Calvo, D.
Capone, A.
Carretero, V.
Castaldi, P.
Celli, S.
Chabab, M.
Chau, N.
Chen, A.
Cherubini, S.
Chiarella, V.
Chiarusi, T.
Circella, M.
Cocimano, R.
The KM3NeT potential for the next core-collapse supernova observation with neutrinos
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stability
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accretion
Cherenkov
spectral
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galaxy
cloud
tube
[PHYS]Physics [physics]
[PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph]
description International audience The KM3NeT research infrastructure is under construction in the Mediterranean Sea. It consists of two water Cherenkov neutrino detectors, ARCA and ORCA, aimed at neutrino astrophysics and oscillation research, respectively. Instrumenting a large volume of sea water with $\sim {6200}$ optical modules comprising a total of $\sim {200{,}000}$ photomultiplier tubes, KM3NeT will achieve sensitivity to $\sim {10} \ \mathrm{MeV}$ neutrinos from Galactic and near-Galactic core-collapse supernovae through the observation of coincident hits in photomultipliers above the background. In this paper, the sensitivity of KM3NeT to a supernova explosion is estimated from detailed analyses of background data from the first KM3NeT detection units and simulations of the neutrino signal. The KM3NeT observational horizon (for a $5\,\sigma $ discovery) covers essentially the Milky-Way and for the most optimistic model, extends to the Small Magellanic Cloud ($\sim {60} \ \mathrm{kpc}$). Detailed studies of the time profile of the neutrino signal allow assessment of the KM3NeT capability to determine the arrival time of the neutrino burst with a few milliseconds precision for sources up to 5–8 kpc away, and detecting the peculiar signature of the standing accretion shock instability if the core-collapse supernova explosion happens closer than 3–5 kpc, depending on the progenitor mass. KM3NeT’s capability to measure the neutrino flux spectral parameters is also presented.
author2 Groupe de Recherche en Physique des Hautes Energies (GRPHE)
Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut Universitaire de Technologie de Colmar
Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
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 de Paris (UP)
Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées (SUBATECH)
Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST)
Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom Paris (IMT)-Institut Mines-Télécom Paris (IMT)
Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)
Institut Universitaire de France (IUF)
Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.)
KM3NeT
format Article in Journal/Newspaper
author Aiello, S.
Albert, A.
Garre, S. Alves
Aly, Z.
Ambrosone, A.
Ameli, F.
Andre, M.
Androulakis, G.
Anghinolfi, M.
Anguita, M.
Anton, G.
Ardid, M.
Ardid, S.
Aublin, J.
Bagatelas, C.
Baret, B.
Basegmez du Pree, S.
Bendahman, M.
Benfenati, F.
Berbee, E.
Van Den Berg, A.M.
Bertin, V.
Biagi, S.
Bissinger, M.
Boettcher, M.
Cabo, M. Bou
Boumaaza, J.
Bouta, M.
Bouwhuis, M.
Bozza, C.
Brânza¸s, H.
Bruijn, R.
Brunner, J.
Buis, E.
Buompane, R.
Busto, J.
Caiffi, B.
Calvo, D.
Capone, A.
Carretero, V.
Castaldi, P.
Celli, S.
Chabab, M.
Chau, N.
Chen, A.
Cherubini, S.
Chiarella, V.
Chiarusi, T.
Circella, M.
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Ardid, S.
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Boumaaza, J.
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Bouwhuis, M.
Bozza, C.
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Groupe de Recherche en Physique des Hautes Energies (GRPHE) Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut Universitaire de Technologie de Colmar Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC) Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) 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 de Paris (UP) Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées (SUBATECH) Université de Nantes - UFR des Sciences et des Techniques (UN UFR ST) Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique) Institut Mines-Télécom Paris (IMT)-Institut Mines-Télécom Paris (IMT) Laboratoire Univers et Particules de Montpellier (LUPM) Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2) Institut Universitaire de France (IUF) Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.) KM3NeT 2021 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03210328 https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-09187-5 en eng HAL CCSD info:eu-repo/semantics/altIdentifier/arxiv/2102.05977 info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1140/epjc/s10052-021-09187-5 hal-03210328 https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03210328 ARXIV: 2102.05977 BIBCODE: 2021EPJC.81.445A doi:10.1140/epjc/s10052-021-09187-5 INSPIRE: 1846112 Eur.Phys.J.C https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03210328 Eur.Phys.J.C, 2021, 81 (5), pp.445. ⟨10.1140/epjc/s10052-021-09187-5⟩ KM3NeT: sensitivity neutrino: detector neutrino: burst neutrino: flux supernova: collapse photomultiplier background water oscillation stability signature accretion Cherenkov spectral horizon optical galaxy cloud tube [PHYS]Physics [physics] [PHYS.ASTR]Physics [physics]/Astrophysics [astro-ph] info:eu-repo/semantics/article Journal articles 2021 ftccsdartic https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-09187-5 2021-11-27T23:50:45Z International audience The KM3NeT research infrastructure is under construction in the Mediterranean Sea. It consists of two water Cherenkov neutrino detectors, ARCA and ORCA, aimed at neutrino astrophysics and oscillation research, respectively. Instrumenting a large volume of sea water with $\sim {6200}$ optical modules comprising a total of $\sim {200{,}000}$ photomultiplier tubes, KM3NeT will achieve sensitivity to $\sim {10} \ \mathrm{MeV}$ neutrinos from Galactic and near-Galactic core-collapse supernovae through the observation of coincident hits in photomultipliers above the background. In this paper, the sensitivity of KM3NeT to a supernova explosion is estimated from detailed analyses of background data from the first KM3NeT detection units and simulations of the neutrino signal. The KM3NeT observational horizon (for a $5\,\sigma $ discovery) covers essentially the Milky-Way and for the most optimistic model, extends to the Small Magellanic Cloud ($\sim {60} \ \mathrm{kpc}$). Detailed studies of the time profile of the neutrino signal allow assessment of the KM3NeT capability to determine the arrival time of the neutrino burst with a few milliseconds precision for sources up to 5–8 kpc away, and detecting the peculiar signature of the standing accretion shock instability if the core-collapse supernova explosion happens closer than 3–5 kpc, depending on the progenitor mass. KM3NeT’s capability to measure the neutrino flux spectral parameters is also presented. Article in Journal/Newspaper Orca Archive ouverte HAL (Hyper Article en Ligne, CCSD - Centre pour la Communication Scientifique Directe) Milky Way ENVELOPE(-68.705,-68.705,-71.251,-71.251) The European Physical Journal C 81 5