Deep Search for Joint Sources of Gravitational Waves and High-Energy Neutrinos with IceCube During the Third Observing Run of LIGO and Virgo
Diese Arbeit präsentiert eine Suche nach gemeinsamen Quellen von Gravitationswellen und hochenergetischen Neutrinos unter Verwendung von Daten der LIGO-, Virgo- und IceCube-Observatorien während des dritten Beobachtungsdurchlaufs, die keine signifikanten Detektionen fand, aber Beschränkungen für die Ratendichten und die isotrope Neutrinoemission solcher Quellen festlegte.
Ursprüngliche Autoren: The IceCube Collaboration, R. Abbasi, M. Ackermann, J. Adams, S. K. Agarwalla, J. A. Aguilar, M. Ahlers, J. M. Alameddine, S. Ali, N. M. Amin, K. Andeen, C. Argüelles, Y. Ashida, S. Athanasiadou, S. N. Axani, R. Babu, X. Bai, J. Baines-Holmes, A. Balagopal V., S. W. Barwick, S. Bash, V. Basu, R. Bay, J. J. Beatty, J. Becker Tjus, P. Behrens, J. Beise, C. Bellenghi, S. Benkel, S. BenZvi, D. Berley, E. Bernardini, D. Z. Besson, E. Blaufuss, L. Bloom, S. Blot, I. Bodo, F. Bontempo, J. Y. Book Motzkin, C. Boscolo Meneguolo, S. Böser, O. Botner, J. Böttcher, J. Braun, B. Brinson, Z. Brisson-Tsavoussis, R. T. Burley, D. Butterfield, M. A. Campana, K. Carloni, J. Carpio, S. Chattopadhyay, N. Chau, Z. Chen, D. Chirkin, S. Choi, B. A. Clark, A. Coleman, P. Coleman, G. H. Collin, D. A. Coloma Borja, A. Connolly, J. M. Conrad, S. T. Countryman, D. F. Cowen, C. De Clercq, J. J. DeLaunay, D. Delgado, T. Delmeulle, S. Deng, P. Desiati, K. D. de Vries, G. de Wasseige, T. 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Anderson, M. Andia, M. Ando, T. Andrade, N. Andres, M. Andrés-Carcasona, T. Andrić, J. Anglin, S. Ansoldi, J. M. Antelis, S. Antier, M. Aoumi, E. Z. Appavuravther, S. Appert, S. K. Apple, K. Arai, A. Araya, M. C. Araya, J. S. Areeda, L. Argianas, N. Aritomi, F. Armato, N. Arnaud, M. Arogeti, S. M. Aronson, G. Ashton, Y. Aso, M. Assiduo, S. Assis de Souza Melo, S. M. Aston, P. Astone, F. Attadio, F. Aubin, K. AultONeal, G. Avallone, S. Babak, F. Badaracco, C. Badger, S. Bae, S. Bagnasco, E. Bagui, J. G. Baier, L. Baiotti, R. Bajpai, T. Baka, M. Ball, G. Ballardin, S. W. Ballmer, S. Banagiri, B. Banerjee, D. Bankar, P. Baral, J. C. Barayoga, B. C. Barish, D. Barker, P. Barneo, F. Barone, B. Barr, L. Barsotti, M. Barsuglia, D. Barta, A. M. Bartoletti, M. A. Barton, I. Bartos, S. Basak, A. Basalaev, R. Bassiri, A. Basti, D. E. Bates, M. Bawaj, P. Baxi, J. C. Bayley, A. C. Baylor, P. A. Baynard, M. Bazzan, V. M. Bedakihale, F. Beirnaert, M. Bejger, D. Belardinelli, A. S. Bell, V. 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D'Angelo, S. Danilishin, S. D'Antonio, K. Danzmann, K. E. Darroch, L. P. Dartez, A. Dasgupta, S. Datta, V. Dattilo, A. Daumas, N. Davari, I. Dave, A. Davenport, M. Davier, T. F. Davies, D. Davis, L. Davis, M. C. Davis, P. J. Davis, M. Dax, J. De Bolle, M. Deenadayalan, J. Degallaix, M. De Laurentis, S. Deléglise, F. De Lillo, D. Dell'Aquila, W. Del Pozzo, F. De Marco, F. De Matteis, V. D'Emilio, N. Demos, T. Dent, A. Depasse, N. DePergola, R. De Pietri, R. De Rosa, C. De Rossi, R. DeSalvo, R. De Simone, A. Dhani, R. Diab, M. C. Díaz, M. Di Cesare, G. Dideron, N. A. Didio, T. Dietrich, L. Di Fiore, C. Di Fronzo, M. Di Giovanni, T. Di Girolamo, D. Diksha, A. Di Michele, J. Ding, S. Di Pace, I. Di Palma, F. Di Renzo, Divyajyoti, A. Dmitriev, Z. Doctor, E. Dohmen, P. P. Doleva, D. Dominguez, L. D'Onofrio, F. Donovan, K. L. Dooley, T. Dooney, S. Doravari, O. Dorosh, M. Drago, J. C. Driggers, J. -G. Ducoin, L. Dunn, U. Dupletsa, D. D'Urso, H. Duval, P. -A. Duverne, S. E. Dwyer, C. Eassa, M. 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Heurs, A. L. Hewitt, J. Heyns, S. Higginbotham, S. Hild, S. Hill, Y. Himemoto, N. Hirata, C. Hirose, S. Hoang, S. Hochheim, D. Hofman, N. A. Holland, K. Holley-Bockelmann, Z. J. Holmes, D. E. Holz, L. Honet, C. Hong, J. Hornung, S. Hoshino, J. Hough, S. Hourihane, E. J. Howell, C. G. Hoy, C. A. Hrishikesh, H. -F. Hsieh, C. Hsiung, H. C. Hsu, W. -F. Hsu, P. Hu, Q. Hu, H. Y. Huang, Y. -J. Huang, A. D. Huddart, B. Hughey, D. C. Y. Hui, V. Hui, S. Husa, R. Huxford, T. Huynh-Dinh, L. Iampieri, G. A. Iandolo, M. Ianni, A. Iess, H. Imafuku, K. Inayoshi, Y. Inoue, G. Iorio, M. H. Iqbal, J. Irwin, R. Ishikawa, M. Isi, M. A. Ismail, Y. Itoh, H. Iwanaga, M. Iwaya, B. R. Iyer, V. JaberianHamedan, C. Jacquet, P. -E. Jacquet, S. J. Jadhav, S. P. Jadhav, T. Jain, A. L. James, P. A. James, R. Jamshidi, J. Janquart, K. Janssens, N. N. Janthalur, S. Jaraba, P. Jaranowski, R. Jaume, W. Javed, A. Jennings, W. Jia, J. Jiang, J. Kubisz, C. Johanson, G. R. Johns, N. A. Johnson, M. C. Johnston, R. Johnston, N. Johny, D. H. Jones, D. I. Jones, R. Jones, S. Jose, P. Joshi, L. Ju, K. Jung, J. Junker, V. Juste, T. Kajita, I. Kaku, C. Kalaghatgi, V. Kalogera, M. Kamiizumi, N. Kanda, S. Kandhasamy, G. Kang, J. B. Kanner, S. J. Kapadia, D. P. Kapasi, S. Karat, C. Karathanasis, R. Kashyap, M. Kasprzack, W. Kastaun, T. Kato, E. Katsavounidis, W. Katzman, R. Kaushik, K. Kawabe, R. Kawamoto, A. Kazemi, D. Keitel, J. Kelley-Derzon, J. Kennington, R. Kesharwani, J. S. Key, R. Khadela, S. Khadka, F. Y. Khalili, F. Khan, I. Khan, T. Khanam, M. Khursheed, N. M. Khusid, W. Kiendrebeogo, N. Kijbunchoo, C. Kim, J. C. Kim, K. Kim, M. H. Kim, S. Kim, Y. -M. Kim, C. Kimball, M. Kinley-Hanlon, M. Kinnear, J. S. Kissel, S. Klimenko, A. M. Knee, N. Knust, K. Kobayashi, P. Koch, S. M. Koehlenbeck, G. Koekoek, K. Kohri, K. Kokeyama, S. Koley, P. Kolitsidou, M. Kolstein, K. Komori, A. K. H. Kong, A. Kontos, M. Korobko, R. V. Kossak, X. Kou, A. Koushik, N. Kouvatsos, M. Kovalam, D. B. Kozak, S. L. Kranzhoff, V. Kringel, N. V. Krishnendu, A. Królak, K. Kruska, G. Kuehn, P. Kuijer, S. Kulkarni, A. Kulur Ramamohan, A. Kumar, Praveen Kumar, Prayush Kumar, Rahul Kumar, Rakesh Kumar, J. Kume, K. Kuns, N. Kuntimaddi, S. Kuroyanagi, N. J. Kurth, S. Kuwahara, K. Kwak, K. Kwan, J. Kwok, G. Lacaille, P. Lagabbe, D. Laghi, S. Lai, A. H. Laity, M. H. Lakkis, E. Lalande, M. Lalleman, P. C. Lalremruati, M. Landry, B. B. Lane, R. N. Lang, J. Lange, B. Lantz, A. La Rana, I. La Rosa, A. Lartaux-Vollard, P. D. Lasky, J. Lawrence, M. N. Lawrence, M. Laxen, A. Lazzarini, C. Lazzaro, P. Leaci, Y. K. Lecoeuche, H. M. Lee, H. W. Lee, K. Lee, R. -K. Lee, R. Lee, S. Lee, Y. Lee, I. N. Legred, J. Lehmann, L. Lehner, M. Le Jean, A. Lemaître, M. Lenti, M. Leonardi, M. Lequime, N. Leroy, M. Lesovsky, N. Letendre, M. Lethuillier, S. E. Levin, Y. Levin, K. Leyde, A. K. Y. Li, K. L. Li, T. G. F. Li, X. Li, Z. Li, A. Lihos, C-Y. Lin, C. -Y. Lin, E. T. Lin, F. Lin, H. Lin, L. C. -C. Lin, Y. -C. Lin, F. Linde, S. D. Linker, T. B. Littenberg, A. Liu, G. C. Liu, Jian Liu, F. Llamas Villarreal, J. Llobera-Querol, R. K. L. Lo, J. -P. Locquet, L. T. London, A. Longo, D. Lopez, M. Lopez Portilla, A. Lorenzo-Medina, V. Loriette, M. Lormand, G. Losurdo, T. P. Lott, J. D. Lough, H. A. Loughlin, C. O. Lousto, M. J. Lowry, N. Lu, H. Lück, A. P. Lundgren, A. W. Lussier, L. -T. Ma, S. Ma, M. Ma'arif, R. Macas, A. Macedo, M. MacInnis, R. R. Maciy, D. M. Macleod, I. A. O. MacMillan, A. Macquet, D. Macri, K. Maeda, S. Maenaut, I. Magaña Hernandez, S. S. Magare, C. Magazzù, R. M. Magee, E. Maggio, R. Maggiore, M. Magnozzi, M. Mahesh, S. Mahesh, M. Maini, S. Majhi, E. Majorana, C. N. Makarem, E. Makelele, J. A. Malaquias-Reis, U. Mali, S. Maliakal, A. Malik, N. Man, V. Mandic, V. Mangano, B. Mannix, G. L. Mansell, G. Mansingh, M. Manske, M. Mantovani, M. Mapelli, F. Marchesoni, D. Marín Pina, F. Marion, S. Márka, Z. Márka, A. S. Markosyan, A. Markowitz, E. Maros, S. Marsat, F. Martelli, I. W. Martin, R. M. Martin, B. B. Martinez, M. Martinez, V. Martinez, A. Martini, K. Martinovic, J. C. Martins, D. V. Martynov, E. J. Marx, L. Massaro, A. Masserot, M. Masso-Reid, M. Mastrodicasa, S. Mastrogiovanni, T. Matcovich, M. Matiushechkina, M. Matsuyama, N. Mavalvala, N. Maxwell, G. McCarrol, R. McCarthy, D. E. McClelland, S. McCormick, L. McCuller, S. McEachin, C. McElhenny, G. I. McGhee, J. McGinn, K. B. M. McGowan, J. McIver, A. McLeod, T. McRae, D. Meacher, Q. Meijer, A. Melatos, S. Mellaerts, A. Menendez-Vazquez, C. S. Menoni, F. Mera, R. A. Mercer, L. Mereni, K. Merfeld, E. L. Merilh, J. R. Mérou, J. D. Merritt, M. Merzougui, C. Messenger, C. Messick, M. Meyer-Conde, F. Meylahn, A. Mhaske, A. Miani, H. Miao, I. Michaloliakos, C. Michel, Y. Michimura, H. Middleton, S. Miller, M. Millhouse, E. Milotti, V. Milotti, Y. Minenkov, N. Mio, Ll. M. Mir, L. Mirasola, M. Miravet-Tenés, C. -A. Miritescu, A. K. Mishra, A. Mishra, C. Mishra, T. Mishra, A. L. Mitchell, J. G. Mitchell, S. Mitra, V. P. Mitrofanov, R. Mittleman, O. Miyakawa, S. Miyamoto, S. Miyoki, G. Mo, L. Mobilia, S. R. P. Mohapatra, S. R. Mohite, M. Molina-Ruiz, C. Mondal, M. Mondin, M. Montani, C. J. Moore, D. Moraru, A. More, S. More, G. Moreno, C. Morgan, S. Morisaki, Y. Moriwaki, G. Morras, A. Moscatello, P. Mourier, B. Mours, C. M. Mow-Lowry, F. Muciaccia, Arunava Mukherjee, D. Mukherjee, Samanwaya Mukherjee, Soma Mukherjee, Subroto Mukherjee, Suvodip Mukherjee, N. Mukund, A. Mullavey, J. Munch, J. Mundi, C. L. Mungioli, W. R. Munn Oberg, Y. Murakami, M. Murakoshi, P. G. Murray, S. Muusse, D. Nabari, S. L. Nadji, A. Nagar, N. Nagarajan, K. N. Nagler, K. Nakagaki, K. Nakamura, H. Nakano, M. Nakano, D. Nandi, V. Napolano, P. Narayan, I. Nardecchia, T. Narikawa, H. Narola, L. Naticchioni, R. K. Nayak, J. Neilson, A. Nelson, T. J. N. Nelson, M. Nery, A. Neunzert, S. Ng, L. Nguyen Quynh, S. A. Nichols, A. B. Nielsen, G. Nieradka, A. Niko, Y. Nishino, A. Nishizawa, S. Nissanke, E. Nitoglia, W. Niu, F. Nocera, M. Norman, C. North, J. Novak, J. F. Nuño Siles, L. K. Nuttall, K. Obayashi, J. Oberling, J. O'Dell, M. Oertel, A. Offermans, G. Oganesyan, J. J. Oh, K. Oh, T. O'Hanlon, M. Ohashi, M. Ohkawa, F. Ohme, A. S. Oliveira, R. Oliveri, B. O'Neal, K. Oohara, B. O'Reilly, N. D. Ormsby, M. Orselli, R. O'Shaughnessy, S. O'Shea, Y. Oshima, S. Oshino, S. Ossokine, C. Osthelder, I. Ota, D. J. Ottaway, A. Ouzriat, H. Overmier, B. J. Owen, A. E. Pace, R. Pagano, M. A. Page, A. Pai, A. Pal, S. Pal, M. A. Palaia, M. Pálfi, P. P. Palma, C. Palomba, P. Palud, H. Pan, J. Pan, K. C. Pan, R. Panai, P. K. Panda, S. Pandey, L. Panebianco, P. T. H. Pang, F. Pannarale, K. A. Pannone, B. C. Pant, F. H. Panther, F. Paoletti, A. Paolone, E. E. Papalexakis, L. Papalini, G. Papigkiotis, A. Paquis, A. Parisi, B. -J. Park, J. Park, W. Parker, G. Pascale, D. Pascucci, A. Pasqualetti, R. Passaquieti, L. Passenger, D. Passuello, O. Patane, D. Pathak, M. Pathak, A. Patra, B. Patricelli, A. S. Patron, K. Paul, S. Paul, E. Payne, T. Pearce, M. Pedraza, R. Pegna, A. Pele, F. E. Peña Arellano, S. Penn, M. D. Penuliar, A. Perego, Z. Pereira, J. J. Perez, C. Périgois, G. Perna, A. Perreca, J. Perret, S. Perriès, J. W. Perry, D. Pesios, S. Petracca, C. Petrillo, H. P. Pfeiffer, H. Pham, K. A. Pham, K. S. Phukon, H. Phurailatpam, M. Piarulli, L. Piccari, O. J. Piccinni, M. Pichot, M. Piendibene, F. Piergiovanni, L. Pierini, G. Pierra, V. Pierro, M. Pietrzak, M. Pillas, F. Pilo, L. Pinard, I. M. Pinto, M. Pinto, B. J. Piotrzkowski, M. Pirello, M. D. Pitkin, A. Placidi, E. Placidi, M. L. Planas, W. Plastino, R. Poggiani, E. Polini, L. Pompili, J. Poon, E. Porcelli, E. K. Porter, C. Posnansky, R. Poulton, J. Powell, M. Pracchia, B. K. Pradhan, T. Pradier, A. K. Prajapati, K. Prasai, R. Prasanna, P. Prasia, G. Pratten, G. Principe, M. Principe, G. A. Prodi, L. Prokhorov, P. Prosposito, A. Puecher, J. Pullin, M. Punturo, P. Puppo, M. Pürrer, H. Qi, J. Qin, G. Quéméner, V. Quetschke, C. Quigley, P. J. Quinonez, F. J. Raab, S. S. Raabith, G. Raaijmakers, S. Raja, C. Rajan, B. Rajbhandari, K. E. Ramirez, F. A. Ramis Vidal, A. Ramos-Buades, D. Rana, S. Ranjan, K. Ransom, P. Rapagnani, B. Ratto, S. Rawat, A. Ray, V. Raymond, M. Razzano, J. Read, M. Recaman Payo, T. Regimbau, L. Rei, S. Reid, D. H. Reitze, P. Relton, A. I. Renzini, P. Rettegno, B. Revenu, R. Reyes, A. S. Rezaei, F. Ricci, M. Ricci, A. Ricciardone, J. W. Richardson, M. Richardson, A. Rijal, K. Riles, H. K. Riley, S. Rinaldi, J. Rittmeyer, C. Robertson, F. Robinet, M. Robinson, A. Rocchi, L. Rolland, J. G. Rollins, A. E. Romano, R. Romano, A. Romero, I. M. Romero-Shaw, J. H. Romie, S. Ronchini, T. J. Roocke, L. Rosa, T. J. Rosauer, C. A. Rose, D. Rosińska, M. P. Ross, M. Rossello, S. Rowan, S. K. Roy, S. Roy, D. Rozza, P. Ruggi, N. Ruhama, E. Ruiz Morales, K. Ruiz-Rocha, S. Sachdev, T. Sadecki, J. Sadiq, P. Saffarieh, M. R. Sah, S. S. Saha, S. Saha, T. Sainrat, S. Sajith Menon, K. Sakai, M. Sakellariadou, S. Sakon, O. S. Salafia, F. Salces-Carcoba, L. Salconi, M. Saleem, F. Salemi, M. Sallé, S. Salvador, A. Sanchez, E. J. Sanchez, J. H. Sanchez, L. E. Sanchez, N. Sanchis-Gual, J. R. Sanders, E. M. Sänger, F. Santoliquido, T. R. Saravanan, N. Sarin, S. Sasaoka, A. Sasli, P. Sassi, B. Sassolas, H. Satari, R. Sato, Y. Sato, O. Sauter, R. L. Savage, T. Sawada, H. L. Sawant, S. Sayah, V. Scacco, D. Schaetzl, M. Scheel, A. Schiebelbein, M. G. Schiworski, P. Schmidt, S. Schmidt, R. Schnabel, M. Schneewind, R. M. S. Schofield, K. Schouteden, B. W. Schulte, B. F. Schutz, E. Schwartz, M. Scialpi, J. Scott, S. M. Scott, T. C. Seetharamu, M. Seglar-Arroyo, Y. Sekiguchi, D. Sellers, A. S. Sengupta, D. Sentenac, E. G. Seo, J. W. Seo, V. Sequino, M. Serra, G. Servignat, A. Sevrin, T. Shaffer, U. S. Shah, M. A. Shaikh, L. Shao, A. K. Sharma, P. Sharma, S. Sharma-Chaudhary, M. R. Shaw, P. Shawhan, N. S. Shcheblanov, E. Sheridan, Y. Shikano, M. Shikauchi, K. Shimode, H. Shinkai, J. Shiota, D. H. Shoemaker, D. M. Shoemaker, R. W. Short, S. ShyamSundar, A. Sider, H. Siegel, M. Sieniawska, D. Sigg, L. Silenzi, M. Simmonds, L. P. Singer, A. Singh, D. Singh, M. K. Singh, S. Singh, A. Singha, A. M. Sintes, V. Sipala, V. Skliris, B. J. J. Slagmolen, T. J. Slaven-Blair, J. Smetana, J. R. Smith, L. Smith, R. J. E. Smith, W. J. Smith, J. Soldateschi, K. Somiya, I. Song, K. Soni, S. Soni, V. Sordini, F. Sorrentino, N. Sorrentino, H. Sotani, R. Soulard, A. Southgate, V. Spagnuolo, A. P. Spencer, M. Spera, P. Spinicelli, J. B. Spoon, C. A. Sprague, A. K. Srivastava, F. Stachurski, D. A. Steer, J. Steinlechner, S. Steinlechner, N. Stergioulas, P. Stevens, M. StPierre, G. Stratta, M. D. Strong, A. Strunk, R. Sturani, A. L. Stuver, M. Suchenek, S. Sudhagar, N. Sueltmann, L. Suleiman, K. D. Sullivan, L. Sun, S. Sunil, J. Suresh, P. J. Sutton, T. Suzuki, Y. Suzuki, B. L. Swinkels, A. Syx, M. J. Szczepańczyk, P. Szewczyk, M. Tacca, H. Tagoshi, S. C. Tait, H. Takahashi, R. Takahashi, A. Takamori, T. Takase, K. Takatani, H. Takeda, K. Takeshita, C. Talbot, M. Tamaki, N. Tamanini, D. Tanabe, K. Tanaka, S. J. Tanaka, T. Tanaka, D. Tang, S. Tanioka, D. B. Tanner, L. Tao, R. D. Tapia, E. N. Tapia San Martín, R. Tarafder, C. Taranto, A. Taruya, J. D. Tasson, M. Teloi, R. Tenorio, H. Themann, A. Theodoropoulos, M. P. Thirugnanasambandam, L. M. Thomas, M. Thomas, P. Thomas, J. E. Thompson, S. R. Thondapu, K. A. Thorne, E. Thrane, J. Tissino, A. Tiwari, P. Tiwari, S. Tiwari, V. Tiwari, M. R. Todd, A. M. Toivonen, K. Toland, A. E. Tolley, T. Tomaru, K. Tomita, T. Tomura, C. Tong-Yu, A. Toriyama, N. Toropov, A. Torres-Forné, C. I. Torrie, M. Toscani, I. Tosta e Melo, E. Tournefier, A. Trapananti, F. Travasso, G. Traylor, M. Trevor, M. C. Tringali, A. Tripathee, G. Troian, L. Troiano, A. Trovato, L. Trozzo, R. J. Trudeau, T. T. L. Tsang, R. Tso, S. Tsuchida, L. Tsukada, T. Tsutsui, K. Turbang, M. Turconi, C. Turski, H. Ubach, N. Uchikata, T. Uchiyama, R. P. Udall, T. Uehara, M. Uematsu, K. Ueno, S. Ueno, V. Undheim, T. Ushiba, M. Vacatello, H. Vahlbruch, N. Vaidya, G. Vajente, A. Vajpeyi, G. Valdes, J. Valencia, M. Valentini, S. A. Vallejo-Peña, S. Vallero, V. Valsan, N. van Bakel, M. van Beuzekom, M. van Dael, J. F. J. van den Brand, C. Van Den Broeck, D. C. Vander-Hyde, M. van der Sluys, A. Van de Walle, J. van Dongen, K. Vandra, H. van Haevermaet, J. V. van Heijningen, P. Van Hove, M. VanKeuren, J. Vanosky, M. H. P. M. van Putten, Z. van Ranst, N. van Remortel, M. Vardaro, A. F. Vargas, J. J. Varghese, V. Varma, M. Vasúth, A. Vecchio, G. Vedovato, J. Veitch, P. J. Veitch, S. Venikoudis, J. Venneberg, P. Verdier, M. Vereecken, D. Verkindt, B. Verma, P. Verma, Y. Verma, S. M. Vermeulen, F. Vetrano, A. Veutro, A. M. Vibhute, A. Viceré, S. Vidyant, A. D. Viets, A. Vijaykumar, A. Vilkha, V. Villa-Ortega, E. T. Vincent, J. -Y. Vinet, S. Viret, A. Virtuoso, S. Vitale, A. Vives, H. Vocca, D. Voigt, E. R. G. von Reis, J. S. A. von Wrangel, S. P. Vyatchanin, L. E. Wade, M. Wade, K. J. Wagner, A. Wajid, M. Walker, G. S. Wallace, L. Wallace, H. Wang, J. Z. Wang, W. H. Wang, Z. Wang, G. Waratkar, J. Warner, M. Was, T. Washimi, N. Y. Washington, D. Watarai, K. E. Wayt, B. R. Weaver, B. Weaver, C. R. Weaving, S. A. Webster, M. Weinert, A. J. Weinstein, R. Weiss, F. Wellmann, L. Wen, P. Weßels, K. Wette, J. T. Whelan, B. F. Whiting, C. Whittle, J. B. Wildberger, O. S. Wilk, D. Wilken, A. T. Wilkin, D. J. Willadsen, K. Willetts, D. Williams, M. J. Williams, N. S. Williams, J. L. Willis, B. Willke, M. Wils, J. Winterflood, C. C. Wipf, G. Woan, J. Woehler, J. K. Wofford, N. E. Wolfe, H. T. Wong, H. W. Y. Wong, I. C. F. Wong, J. L. Wright, M. Wright, C. Wu, D. S. Wu, H. Wu, E. Wuchner, D. M. Wysocki, V. A. Xu, Y. Xu, N. Yadav, H. Yamamoto, K. Yamamoto, T. S. Yamamoto, T. Yamamoto, S. Yamamura, R. Yamazaki, S. Yan, T. Yan, F. W. Yang, F. Yang, K. Z. Yang, Y. Yang, Z. Yarbrough, H. Yasui, S. -W. Yeh, A. B. Yelikar, X. Yin, J. Yokoyama, T. Yokozawa, J. Yoo, H. Yu, S. Yuan, H. Yuzurihara, A. Zadrożny, M. Zanolin, M. Zeeshan, T. Zelenova, J. -P. Zendri, M. Zeoli, M. Zerrad, M. Zevin, A. C. Zhang, L. Zhang, R. Zhang, T. Zhang, Y. Zhang, C. Zhao, Yue Zhao, Yuhang Zhao, Y. Zheng, H. Zhong, R. Zhou, X. -J. Zhu, Z. -H. Zhu, A. B. Zimmerman, M. E. Zucker, J. Zweizig
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich das Universum als einen riesigen, chaotischen Konzertsaal vor. Lange Zeit konnten wir nur die Musik hören (das Licht von Sternen und Galaxien). Dann lernten wir, die Vibrationen des Bodens zu spüren (Gravitationswellen von kollidierenden Schwarzen Löchern). Vor kurzem begannen wir, die „Geisterteilchen“ aufzufangen, die durch die Wände fliegen (hochenergetische Neutrinos).
Dieses Paper ist ein Bericht eines Teams von Wissenschaftlern, die versucht haben, genau diese drei Dinge zur exakt gleichen Zeit, aus derselben Quelle, während eines spezifischen Beobachtungszeitraums (der „dritten Beobachtungsrunde“ oder O3) zu erfassen.
Hier ist die Aufschlüsselung ihrer Suche, unter Verwendung einfacher Analogien:
1. Das Ziel: Das Finden des „perfekten Trios“
Die Wissenschaftler wollten ein kosmisches Ereignis finden, das gleichzeitig eine Gravitationswelle (eine Krümmung im Raum), ein hochenergetisches Neutrino (ein Geisterteilchen) und potenziell einen Ausbruch von Licht aussendet.
Denken Sie an den Versuch, ein bestimmtes Feuerwerk zu finden, das ein lautes Boom (Gravitation) erzeugt, helle Funken (Licht) versprüht und einen spezifischen Duft (Neutrino) freisetzt. Wenn Sie alle drei von demselben Ort aus erfassen, wissen Sie genau, was für ein Feuerwerk es war und wie es funktionierte.
2. Die Werkzeuge: Zwei riesige Netze
Um diese Ereignisse einzufangen, nutzte das Team zwei massive „Netze“:
- Das Gravitations-Netz (LIGO und Virgo): Dies sind riesige, laserbasierte Detektoren in den USA und Italien, die nach den „Booms“ des Weltraums lauschen. Sie sind sehr empfindlich, hören aber oft auch „Statik“ oder „Fehlalarme“ (wie ein Autoknall, der wie ein Feuerwerk klingt).
- Das Neutrino-Netz (IceCube): Dies ist ein massiver Detektor, der tief unter dem Eis in der Antarktis vergraben ist. Er sucht nach den „Geisterteilchen“ (Neutrinos), die durch die Erde fliegen. Es ist wie ein Netz, das unsichtbare Fische fängt, die durch einen gefrorenen See schwimmen.
3. Die Suchstrategie: Suche nach „Sub-Threshold“-Hinweisen
Normalerweise suchen Wissenschaftler nur nach den lautesten, klarsten Signalen. Aber dieses Team entschied sich dafür, alles zu betrachten, selbst die schwachen, zittrigen Signale, die normalerweise ignoriert werden.
- Die Analogie: Stellen Sie sich vor, Sie suchen eine bestimmte Person in einem überfüllten Stadion. Normalerweise schauen Sie nur auf Menschen, die riesige Flaggen schwenken (laute Signale). Aber dieses Team entschied sich, auf alle zu achten, selbst auf die Menschen, die nur mit den Füßen wippen oder flüstern (Sub-Threshold-Signale). Sie begründeten dies damit, dass, wenn ein schwaches Tippen und ein schwaches Flüstern zur exakt gleichen Sekunde vom selben Platz aus stattfanden, es sich um die Person handeln könnte, nach der sie suchten – selbst wenn keines der Signale allein stark genug gewesen wäre, um bemerkt zu werden.
Sie verwendeten ein intelligentes Computerprogramm namens LLAMA (Low-Latency Algorithm for Multimessenger Astrophysics). Denken Sie an LLAMA als einen superintelligenten Detektiv, der eine Liste „verdächtiger Taps“ aus dem Neutrino-Netz und eine Liste „verdächtiger Booms“ aus dem Gravitations-Netz nimmt und prüft, ob irgendwelche davon zur gleichen Zeit und in dieselbe Richtung stattgefunden haben.
4. Die Ergebnisse: Die Stille
Nachdem tausende Kandidaten aus der „dritten Beobachtungsrunde“ (die von 2019 bis 2020 lief) überprüft wurden, war das Ergebnis: Nichts.
- Sie fanden keine „perfekten Trios“.
- Sie fanden keine Fälle, in denen ein schwaches Gravitationssignal und ein schwaches Neutrinosignal perfekt zusammenfielen, um zu beweisen, dass sie von derselben Quelle stammten.
- Der beste Treffer, den sie fanden, war immer noch nur ein Zufall, so als würden zwei Personen in einer Menge gleichzeitig mit den Füßen wippen.
5. Was sie lernten: Die Regeln festlegen
Obwohl sie kein neues kosmisches Ereignis fanden, lernten sie etwas Wichtiges durch das Nicht-Finden.
- Die Analogie: Stellen Sie sich vor, Sie versuchen herauszufinden, wie laut ein Feuerwerk sein muss, um von einem Hund die Straße hinunter gerochen zu werden. Sie stellen einen Hund und ein Feuerwerk auf, aber der Hund riecht nichts. Sie können nicht sagen: „Das Feuerwerk fand nicht statt“, aber Sie können sagen: „Falls ein Feuerwerk stattfand, war es nicht laut genug, um von diesem Hund gerochen zu werden.“
Die Wissenschaftler nutzten ihre „leere“ Suche, um Grenzen zu setzen. Sie berechneten, dass, falls diese kosmischen Ereignisse tatsächlich stattfinden, sie nicht genug Neutrinos aussenden, um von IceCube detektiert zu werden, es sei denn, die Explosion ist unglaublich energiereich (sie setzt mehr Energie frei, als unsere Sonne in ihrem gesamten Leben an Neutrinos abgibt).
Zusammenfassung
Das Paper ist ein Bericht, der besagt: „Wir haben sehr aufmerksam auf die lautesten und leisesten Signale des Universums mit unseren besten Netzen gehört. Wir haben kein einziges Ereignis gefunden, bei dem Gravitationswellen und Geisterteilchen aus derselben Quelle kamen. Dies zeigt uns, dass diese Ereignisse, falls sie stattfinden, entweder sehr selten sind oder nicht genug Geisterteilchen ausstoßen, um sie derzeit für uns einfangen zu können.“
Das Team kommt zu dem Schluss, dass wir in Zukunft noch größere Netze (bessere Detektoren) benötigen werden, um diese „perfekten Trios“ zu finden.
Technische Zusammenfassung: Tiefensuche nach gemeinsamen Quellen von Gravitationswellen und hochenergetischen Neutrinos mit IceCube während der dritten Beobachtungsphase von LIGO und Virgo
Problem und Motivation
Die Entdeckung gemeinsamer Quellen von hochenergetischen Neutrinos (HENs) und Gravitationswellen (GWs) bleibt ein primäres Ziel der Multi-Messenger-Astrophysik. Während die Entdeckung der binären Neutronenstern-Verschmelzung GW170817 Verbindungen zwischen Gravitationswellen und elektromagnetischen Emissionen herstellte, wurde die erwartete HEN-Emission aus solchen Ereignissen nicht beobachtet. Theoretische Modelle sagen voraus, dass HENs in relativistischen Jets infolge von Kompakten Objekten Verschmelzungen oder stellaren Kollapsen entstehen, welche Informationen über hadronische Beschleunigungsmechanismen tragen. Das Fehlen einer bestätigten gemeinsamen Detektion hat jedoch die Verbindung zwischen GW-Quellen und HENs unverifiziert gelassen. Diese Arbeit adressiert die Notwendigkeit, nach gemeinsamen Quellen von GWs und HENs unter Verwendung der umfangreichen Datensätze aus der dritten Beobachtungsphase (O3) von Advanced LIGO und Advanced Virgo, kombiniert mit kontinuierlichen Daten des IceCube Neutrino-Observatoriums, zu suchen. Die Suche zielt darauf ab, die Ratendichten von gemeinsamen Quellen und die isotrope Neutrino-Emission von GW-Quellen einzugrenzen, wobei der Fokus insbesondere auf Schwellenwert-Ereignissen (sub-threshold events) liegt, die zuvor aus vertrauenswürdigen Detektionskatalogen ausgeschlossen waren.
Methodik
Die Analyse nutzt Daten des IceCube-Detektors (speziell den Low-Latency Gamma-ray Follow-Up, oder GFU, Stream von Myon-Tracks) und die O3-Daten der LIGO-Virgo-KAGRA (LVK) Kollaboration. Die Studie umfasst 2.210 Kandidaten für kompakte Binärverschmelzungen (Compact Binary Coalescence, CBC) und 481 generische Burst-Kandidaten aus der All-Sky Coherent Wave Burst (cWB) Suche. Entscheidend ist, dass der Datensatz Schwellenwert-Ereignisse enthält, deren Falschalarmraten höher sind als die in Standardkatalogen.
Die Kernanalyse verwendet die Low-Latency Algorithm for Multimessenger Astrophysics (LLAMA) Pipeline. Die Methodologie ist in zwei Teile unterteilt:
- Einzelereignis-Analyse: Für jeden GW-Kandidaten berechnet der Algorithmus eine Teststatistik (TS) basierend auf dem Bayesianischen Odds-Ratio zwischen einer Signalhypothese (GW und mindestens ein HEN aus derselben Quelle) und multiplen Hintergrundhypothesen (nur Rauschen, nur GW oder nur HEN). Die Analyse bezieht Priors auf Quellparameter ein (Leuchtkraftentfernung, Himmelsposition, Zeit sowie Emissionsenergien in GWs und HENs). Die Signalhypothese nimmt ein Potenzgesetz-Neutrinospektrum (E−2) und Emissionsenergien an, die vergleichbar mit kurzen Gammastrahlenausbrüchen sind (1046–1051 erg). Das Zeitfenster für die Koinzidenz ist auf ±500 Sekunden festgelegt.
- Populationsanalyse: Um die Präsenz eines Signals über den gesamten Datensatz zu bewerten, wird eine Populations-Teststatistik (TSpop) als Summe der einzelnen Teststatistiken konstruiert. Dieser Ansatz erhöht die statistische Trennschärfe, um einen Überschuss an hochsignifikanten Ereignissen zu detektieren, die einzeln möglicherweise nicht signifikant sind. Die Signifikanz des Populationsergebnisses wird gegen eine Hintergrundverteilung evaluiert, die durch das Scrambling von Neutrino- und GW-Triggern erzeugt wurde.
Um Einschränkungen abzuleiten, führen die Autoren Injektionssimulationen durch. Sie simulieren Multi-Messenger-Signale, indem sie GW-Ereignisse (basierend auf O3-Populationseigenschaften für BNS, NSBH und BBH) und entsprechende Neutrinos von derselben Quellenposition injizieren. Diese Simulationen ermöglichen die Berechnung der Detektionswahrscheinlichkeiten für sowohl GWs als auch Neutrinos als Funktion von Distanz und Deklination, was die Ableitung von Obergrenzen für die Ratendichte gemeinsamer Emittenten ermöglicht.
Wesentliche Beiträge
- Erweiterter Datensatz: Diese Arbeit stellt die sensitivste Offline-Suche nach gemeinsamer HEN- und GW-Emission dar, die jemals durchgeführt wurde, da sie einen signifikant größeren Datensatz nutzt, der Schwellenwert-GW-Kandidaten aus der gesamten O3-Phase einschließt.
- Verbesserter statistischer Rahmen: Die Analyse verfeinert die LLAMA-Pipeline, um Schwellenwert-GW-Trigger durch die Einbeziehung der Wahrscheinlichkeit eines terrestrischen Ursprungs (pterr) zu behandeln und die Signal-zu-Rausch-Verhältnis-Verteilungen strenger als bei vorherigen, nur auf sicheren Ereignissen basierenden Suchen zu nutzen.
- Populations-Einschränkungen: Das Paper liefert die ersten Einschränkungen für die hochenergetische Neutrino-Emission der Population von kompakten Binärverschmelzungen und adressiert dabei spezifisch die Ratendichte gemeinsamer Emittenten für verschiedene Quelltypen (BBH, BNS, NSBH).
Ergebnisse
- Keine signifikante Detektion: Die Suche identifizierte keine signifikanten gemeinsamen Quellen. Der niedrigste Einzel-p-Wert für einen CBC-Kandidaten war 3,8×10−4 (post-trials $0,84$), und für einen cWB-Kandidaten 4,3×10−4 (post-trials $0,21$). Die kumulative Verteilung der p-Werte für sowohl CBC- als auch cWB-Kandidaten ist konsistent mit einer Gleichverteilung, wie sie von Hintergrundrauschen erwartet wird.
- Populationsgrenzen: Die Populationsanalyse lieferte p-Werte von 0,22 für CBC-Trigger und 0,18 für cWB-Trigger, was darauf hindeutet, dass es keine Evidenz für ein gemeinsames Signal im Datensatz gibt.
- Obergrenzen auf die Ratendichte: Die Studie leitet 90%-Frequentistische Obergrenzen auf die Ratendichte von Multi-Messenger-Ereignissen ab. Diese Grenzen beschränken die isotrope Neutrino-Emission von GW-Quellen nur bei sehr hohen Gesamtemissionsenergien (>1052–1054 erg). Für gebündelte Emissionen (mit einem Beaming-Faktor von ∼100) oder niedrigere Gesamtneutrinoenergien (typisch für kurze GRBs) liegen die Obergrenzen auf die gemeinsame Quellratendichte über den geschätzten Ratendichten von GW-Quellen, was bedeutet, dass sie die gemeinsame Emission dieser Quellen derzeit nicht einschränken.
- Detektionskapazitäten: Die Ergebnisse zeigen, dass die aktuellen Grenzen primär durch die Detektionskapazitäten von Neutrino-Detektoren bestimmt werden und nicht durch GW-Detektoren, insbesondere bei niedrigeren Energie-Emissionen.
Signifikanz und Behauptungen
Das Paper behauptet, dass trotz der ausbleibenden gemeinsamen Detektion die Analyse den untersuchten Datensatz signifikant erweitert und die ersten Einschränkungen für die hochenergetische Neutrino-Emission der Population von kompakten Binärverschmelzungen liefert. Die Autoren stellen fest, dass diese Ergebnisse die isotrope Neutrino-Emission von Gravitationswellenquellen nur für sehr hohe Werte der emittierten Gesamtenergie in Neutrinos einschränken. Das Ausbleiben einer Detektion impliziert, dass die gemeinsame Detektion von GWs und HENs derzeit durch die Detektionskapazitäten von Neutrinos begrenzt ist. Folglich motiviert das Paper die Entwicklung der nächsten Generation von Neutrino-Detektoren (wie IceCube-Gen2 und KM3NeT) und GW-Detektoren (Einstein Telescope, Cosmic Explorer), um die Chancen auf zukünftige gemeinsame Entdeckungen zu erhöhen. Die Arbeit dient als umfassende Archivsuche, die vorangegangene Bemühungen ergänzt und eine Baseline für zukünftige Multi-Messenger-Studien unter der laufenden O4-Beobachtungsphase etabliert.
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