Design, implementation and first results of the Neutrino Triggered Target of Opportunity Program with the IceCube neutrino telescope

• Main Author: Franke, Robert
• Format: Text
• Language: English
• Published: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I 2015
• Subjects: Neutrino; Punktquelle; AGN; IceCube; MAGIC; VERITAS; time-dependent; neutrino; point source; variabel; 530 Physik; 29 Physik, Astronomie; US 3600; South Pole; South pole
• Online Access: https://dx.doi.org/10.18452/17243; https://edoc.hu-berlin.de/handle/18452/17895

Die Kerne aktiver Galaxien (AGNs) und einige galaktische Objekte wie z.B. Supernovaüberreste gelten als vielversprechende Kandidaten für die Quellen der hochenergetischen kosmischen Strahlung. Der Nachweis der Emission von hochenergetischen Neutrinos von diesen Objekten wäre ein starker Hinweis für die Beschleunigung von Protonen oder schwereren Kernen. Bisher wurde jedoch keine Punktquelle hochenergetischer Neutrinos identifiziert. Durch die Beobachtung aktiver galaktischer Kerne mit gamma-Strahlung im TeV-Bereich ist bekannt, dass die Emission von AGNs zeitlich extrem variabel ist. Modelle sagen vorher, dass auch die Neutrinoemission diese Variabilität aufweist. Um im Falle der Detektion zeitabhängiger Neutrinoemission von AGNs möglichst viel über den Emissionsmechanismus zu lernen, ist es entscheidend, Daten verschiedener Energiebereiche und Botenteilchen (Neutrinos und Photonen) zur Verfügung zu haben. Durch das beschränkte Gesichtsfeld und den geringen Duty-Cycle der TeV-gamma Instrumente, können diese jedoch nicht alle potentiell interessanten Quellen lückenlos überwachen. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und die ersten Resultate eines Systems, dass Daten des Neutrinoteleskops IceCube direkt am Südpol analysiert, um Alarme an die TeV-Teleskope MAGIC und VERITAS zu senden, falls eine erhöhte Neutrinoemission eines überwachten Objekts detektiert wird. Der Katalog überwachter Objekte, der im ersten Jahr dieses Programms aktiv war, umfasste 109 Objekte in der nördlichen Himmelshemisphäre (delta>0). Das System befindet sich seit März 2012 kontinuierlich Betrieb und hat von Mai 2012 bis Mai 2013 fünf Alarme generiert. Ein Alarm am 9.November 2012 resultierte in einer Folgebeobachtung durch die VERITAS-Teleskope. Es wurde kein signifikanter gamma-Fluss im TeV-Bereich detektiert. Weiterhin werden Verbesserungen der IceCube Online-Analysemethode beschrieben, die die Sensitivität des vorgestellten Programms in naher Zukunft weiter verbessern werden. : Active Galactiv Nuclei (AGN) and galactic objects like e.g. supernova remnants are promising candidates for the sources of the high-energy cosmic rays. The detection of high-energy neutrinos from these objects would be a strong hint for the acceleration of protons or heavier nuclei. No source of high-energy astrophysical neutrinos has been identified up to now. From the observation of AGN with TeV gamma-rays it is known that their emission is highly variable. Models predict that also the neutrino emission should show that variability. If time-dependent neutrino emission would be detected it would be desirable to have simultaneous data for different messengers (neutrinos and photons) and energy ranges, to learn as much as possible about the emission mechanism. However, due to the small field of view and the low duty cycle of the TeV gamma instruments, not all interesting sources can be continuously monitored. This work describes the development and the first results of a system, that analyses data of the IceCube neutrino telescope online at the South Pole, in order to send alerts to the TeV telescopes MAGIC and VERITAS in case a statistically interesting cluster of neutrinos is detected from an monitored source. This program is termed the Neutrino Triggered Target of Opportunity program (NToO). The catalog of sources monitored during the first year of operation contained 109 objects in the northern sky (delta>0). The system has been continuously operated since March 2012 and has sent five alerts between May 2012 and May 2013. One alarm issued on 9 November 2012 resulted in a follow-up observation by the VERITAS telescopes. No significant TeV-gamma flux has been detected. Improvements to the IceCube online analysis are described that will further improve the sensitivity of the NToO in the near future.