Cluster search for neutrinos from Active Galactic Nuclei
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The ANTARES neutrino telescope in the Mediterranean Sea near Toulon, France, is the world‘s only subsea Cherenkov telescope for the detection of astrophysical high- energy neutrinos. 885 photomultipliers are mounted on 500 m long flexible cables that are anchored on the seabed and pulled tight by submersed buoys. Due to underwa- ter sea currents the detector units are tilted and their positions are time dependent. As the reconstruction software tries to find particle tracks from time-stamped photo- multiplier hits in the detector, the detector alignment system is a crucial part of the calibration task of the telescope. I have developed, successfully tested and frequently improved the software for the position reconstruction including its data-I/O interface to the central ORACLE-database in Lyon. The software, the implemented algorithm and cross-checks with other ANTARES measurements are presented. The work is also summarized in the paper “The Positioning System of the ANTARES Neutrino Telescope” [1] available from http://iopscience.iop.org/1748-0221/7/08/T08002/. The main goal of neutrino astronomy using large-scale high-energy neutrino tele- scopes is the identification of neutrino point-sources in the sky. From theoretical predictions and measurements of high energetic gamma-rays, hadronic particle ac- celerators candidates in the universe have been identified. From these sources like supernova remnants, gamma ray bursts or active galactic nuclei neutrino emission is predicted. As ANTARES is located on the Northern Hemisphere and looks for neu- trinos from the southern sky, the TANAMI (Tracking Active Galactic Nuclei with Austral Milliarcsecond Interferometry) sample of radio-loud and variable AGN south of declination -30 degrees is an ideal target sample. Data from the Large Area Tele- scope on the Fermi satellite show variable photon fluxes on timescales of several weeks and months from many of these sources. I have developed an analysis to search for time-clustered neutrino events, including the full range from event handling up to cal- culation of statistical parameters. I have chosen 24 sources from the TANAMI sample to look at. For six of them, equally spread over the declination range, a dedicated flare simulation has been performed to test the code. The discovery potential as function of cone size and cuts on track reconstruction quality for the six sources is presented. In order to test the analysis method on real data, for a small sub-sample of eight sources with a reasonable spread over the sky the data has been unblinded. No signif- icant cluster of neutrino events was found in the data. For the source PKS0208-512, two events were found, for 1954-388 one event. Consequently flux limits are presented for the unblinded sources.
Abstract
Das ANTARES Neutrinoteleskop, welches sich im Mittelmeer nahe Toulon, Frankreich, befindet, ist derzeit das einzige Tiefseeteleskop zur Messung von hochenergetischen Neutrinos aus astrophysikalischen Quellen. Es besteht aus 885 Photomulitipliern, die an 500m langen flexiblen Kabeln befestigt sind. Die Kabeln werden am Boden mittels eines Ankers fixiert und durch eine Boje straff gehalten. Aufgrund von zeitlich ver ̈anderlichen Unterwasserstro ̈mungen werden die Kabel ausgelengt und die Detektorgeometrie wird zeitabha ̈ngig. Da die Rekonstructionssoftware aus der Zeit- und Ortsinformation von Photomultipliersignalen eine Teilchenspur berechnet, wird eine alle zwei Minuten aktualisierte Detektorgeometrie ben ̈otigt. Dazu habe ich die ben ̈otigte Software entwickelt und getestet, welche sowohl fu ̈r die Positionsberechnung an sich als auch fu ̈r den Datenaustausch mit der zentralen ORACLE-Datenbank ver- antwortlich ist. Diese Arbeit ist auch wichtiger Bestandteil der folgenden ANATARES- Ver ̈offentlichung [1]: http://iopscience.iop.org/1748-0221/7/08/T08002/. Das große Ziel im Bereich der Neutrinoastronomie ist die Identifikation von Punktquellen am Himmel. Aufgrund theoretischer Vorhersagen und Messungen von hoch- energetischer Gamma-Strahlung weiß man dass im Universum Objekte mit hadronischen Beschleunigungsmechanismen existieren, die mit Neutrinoemission einhergehen. Quellen wie Supernova-U ̈berreste, Gamma-ray Bursts oder aktiven Galaxienkernen sind derartige Kandidaten. Aufgrund seiner Lage auf der no ̈rdlichen Hemispha ̈re ist das ANTARES Neutrinoteleskop fu ̈r die Beobachtung der am Su ̈dhimmel gelegenen TANAMI (Tracking Active Galactic Nuclei with Austral Milliarcsecond Interferome- try) AGNs, welche radio-laut und variabel sind, besonders geeignet. Daten des Large Area Teleskops auf dem Fermi Satelliten zeigen stark variable Photonenflu ̈sse auf Zeitskalen von mehrere Wochen bis Monaten. Ich habe daher ein neues Softwarepaket zur Auswertung von zeitlich geclusterten Neutrinoevents fu ̈r ANTARES entworfen und getestet. 24 TANAMI Quellen wurden fu ̈r diese und kommende Analysen ausgewa ̈hlt. Um die Analyse an echten Daten zu testen, wurde ein Subsample von acht Quellen fu ̈r ein Unblinding ausgewa ̈hlt, wobei darauf geachtet wurden, dass diese eine m ̈oglichst homogene Verteilung am Himmel besitzen. Es konnte kein signifikanter Cluster von Events in den ANTARES Daten gefunden werden. Fu ̈r die Quelle PKS0208-512 wur- den zwei Ereignisse gez ̈ahlt, fu ̈r 1954-388 eines. Limits auf den Fluss fu ̈r die acht Quellen wurden berechnet.