Search for Neutrino Emission from Hard X-Ray AGN with IceCube
Rasha Abbasi, M. Ackermann, J. Adams, Sanjib Kumar Agarwalla, J. A. Aguilar, M. Ahlers, Jean-Marco Alameddine, N. M. Amin, K. Andeen, C. Argüelles, Y. Ashida, S. Athanasiadou, L. Ausborm, S. N. Axani, X. Bai, Aswathi Balagopal, M. Baricevic, S. W. Barwick, Simeon Bash, Vedant Basu, R. Bay, J. J. Beatty, J. Becker Tjus, Jakob Beise, Chiara Bellenghi, Charlotte Benning, S. BenZvi, D. Berley, E. Bernardini, D. Z. Besson, E. Blaufuss, Lucas Bloom, Summer Blot, F. Bontempo, Julia Book, Caterina Boscolo Meneguolo, S. Böser, O. Botner, J. Böttcher, J. Braun, Bennett Brinson, J. Brostean-Kaiser, L. Brusa, Ryan T. Burley, Delaney Butterfield, Michael Campana, Ioana Caracas, K. Carloni, Jose Carpio, Sharmistha Chattopadhyay, Thien Nhan Chau, Z. Chen, D. Chirkin, S. Choi, Brian Clark, Alan Coleman, G. H. Collin, A. Connolly, J. M. Conrad, Paul Coppin, Rebecca Corley, Pablo Correa, D. F. Cowen, Pranav Dave, C. De Clercq, James DeLaunay, Diyaselis Delgado, S. Deng, Abhishek Desai, P. Desiati, K. D. de Vries, G. de Wasseige, T. DeYoung, A. Diaz, J. C. Díaz–Vélez, P. Dierichs, M. Dittmer, A. Domi, Lincoln Draper, Hrvoje Dujmović, Kaustav Dutta, M. A. DuVernois, T. Ehrhardt, Leonhard Eidenschink, A. Eimer, P. Eller, E. Ellinger, Sharif El Mentawi, D. Elsäesser, R. Engel, H. Erpenbeck, John Evans, P. A. Evenson, Kwok Lung Fan, Kwok Lung Fan, Kareem Ramadan Farrag, A. R. Fazely, Anatoli Fedynitch, Nora Feigl, S. Fiedlschuster
Abstract
Abstract Active galactic nuclei (AGN) are promising candidate sources of high-energy astrophysical neutrinos, since they provide environments rich in matter and photon targets where cosmic-ray interactions may lead to the production of gamma rays and neutrinos. We searched for high-energy neutrino emission from AGN using the Swift-BAT Spectroscopic Survey catalog of hard X-ray sources and 12 yr of IceCube muon track data. First, upon performing a stacked search, no significant emission was found. Second, we searched for neutrinos from a list of 43 candidate sources and found an excess from the direction of two sources, the Seyfert galaxies NGC 1068 and NGC 4151. We observed NGC 1068 at flux <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>ϕ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>ν</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>μ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi>ν</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>μ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> = <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mn>4.0</mml:mn> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1.52</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>1.58</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>11</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> TeV −1 cm −2 s −1 normalized at 1 TeV, with a power-law spectral index γ = 3.10 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.22</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.26</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> , consistent with previous IceCube results. The observation of a neutrino excess from the direction of NGC 4151 is at a posttrial significance of 2.9 σ . If interpreted as an astrophysical signal, the excess observed from NGC 4151 corresponds to a flux <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>ϕ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>ν</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>μ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi>ν</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>μ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> = <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mn>1.5</mml:mn> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.81</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.99</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>11</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> TeV −1 cm −2 s −1 normalized at 1 TeV and γ = 2.83 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.28</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.35</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> .