Search for Joint Multimessenger Signals from Potential Galactic Cosmic-Ray Accelerators with HAWC and IceCube
Authors: Alfaro R. , Alvarez C. , Arteaga-Velázquez J. C. , Avila Rojas D. , Ayala Solares H. A. , Babu R. , Belmont-Moreno E. , Caballero-Mora K. S. , Capistrán T. , Carramiñana A. , Casanova S. , Cotti U. , Cotzomi J. , Coutiño de León S. , De la Fuente E. , Depaoli D. , Di Lalla N. , Diaz Hernandez R. , Díaz-Vélez J. C. , Engel K. , Ergin T. , Fan K. L. , Fang K. , Fraija N. , Fraija S. , García-González J. A. , Garfias F. , González M. M. , Goodman J. A. , Groetsch S. , Harding J. P. , Hernández-Cadena S. , Herzog I. , Huang D. , Hueyotl-Zahuantitla F. , Hüntemeyer P. , Iriarte A. , Kaufmann S. , Lee J. , León Vargas H. , Luis-Raya G. , Malone K. , Martínez-Castro J. , Matthews J. A. , Miranda-Romagnoli P. , Montes J. A. , Moreno E. , Mostafá M. , Nellen L. , Nisa M. U. , Omodei N. , Osorio M. , Pérez Araujo Y. , Pérez-Pérez E. G. , Rho C. D. , Rosa-González D. , Salazar H. , Salazar-Gallegos D. , Sandoval A. , Schneider M. , Serna-Franco J. , Smith A. J. , Son Y. , Tibolla O. , Tollefson K. , Torres I. , Torres-Escobedo R. , Turner R. , Ureña-Mena F. , Wang X. , Watson I. J. , Whitaker K. , Willox E. , Wu H. , Yu S. , Yun-Cárcamo S. , Zhou H. , de León C. ,   HAWC Collaboration, Abbasi R. , Ackermann M. , Adams J. , Agarwalla S. K. , Aguilar J. A. , Ahlers M. , Alameddine J. M. , Amin N. M. , Andeen K. , Argüelles C. , Ashida Y. , Athanasiadou S. , Ausborm L. , Axani S. N. , Bai X. , Balagopal V. A. , Baricevic M. , Barwick S. W. , Bash S. , Basu V. , Bay R. , Beatty J. J. , Becker Tjus J. , Beise J. , Bellenghi C. , Benning C. , BenZvi S. , Berley D. , Bernardini E. , Besson D. Z. , Blaufuss E. , Bloom L. , Blot S. , Bontempo F. , Book Motzkin J. Y. , Boscolo Meneguolo C. , Böser S. , Botner O. , Böttcher J. , Braun J. , Brinson B. , Brostean-Kaiser J. , Brusa L. , Burley R. T. , Butterfield D. , Campana M. A. , Caracas I. , Carloni K. , Carpio J. , Chattopadhyay S. , Chau N. , Chen Z. , Chirkin D. , Choi S. , Clark B. A. , Coleman A. , Collin G. H. , Connolly A. , Conrad J. M. , Coppin P. , Corley R. , Correa P. , Cowen D. F. , Dave P. , De Clercq C. , DeLaunay J. J. , Delgado D. , Deng S. , Desai A. , Desiati P. , de Vries K. D. , de Wasseige G. , DeYoung T. , Diaz A. , Dierichs P. , Dittmer M. , Domi A. , Draper L. , Dujmovic H. , Dutta K. , DuVernois M. A. , Ehrhardt T. , Eidenschink L. , Eimer A. , Eller P. , Ellinger E. , El Mentawi S. , Elsässer D. , Engel R. , Erpenbeck H. , Evans J. , Evenson P. A. , Farrag K. , Fazely A. R. , Fedynitch A. , Feigl N. , Fiedlschuster S. , Finley C. , Fischer L. , Fox D. , Franckowiak A. , Fukami S. , Fürst P. , Gallagher J. , Ganster E. , Garcia A. , Garcia M. , Garg G. , Genton E. , Gerhardt L. , Ghadimi A. , Girard-Carillo C. , Glaser C. , Glüsenkamp T. , Gonzalez J. G. , Goswami S. , Granados A. , Grant D. , Gray S. J. , Gries O. , Griffin S. , Griswold S. , Groth K. M. , Günther C. , Gutjahr P. , Ha C. , Haack C. , Hallgren A. , Halve L. , Halzen F. , Hamdaoui H. , Ha Minh M. , Handt M. , Hanson K. , Hardin J. , Harnisch A. A. , Hatch P. , Haungs A. , Häußler J. , Helbing K. , Hellrung J. , Hermannsgabner J. , Heuermann L. , Heyer N. , Hickford S. , Hidvegi A. , Hill C. , Hill G. C. , Hoffman K. D. , Hori S. , Hoshina K. , Hostert M. , Hou W. , Huber T. , Hultqvist K. , Hünnefeld M. , Hussain R. , Hymon K. , Ishihara A. , Iwakiri W. , Jacquart M. , Janik O. , Jansson M. , Japaridze G. S. , Jeong M. , Jin M. , Jones B. J. P. , Kamp N. , Kang D. , Kang W. , Kang X. , Kappes A. , Kappesser D. , Kardum L. , Karg T. , Karl M. , Karle A. , Katil A. , Katz U. , Kauer M. , Kelley J. L. , Khanal M. , Khatee Zathul A. , Kheirandish A. , Kiryluk J. , Klein S. R. , Kochocki A. , Koirala R. , Kolanoski H. , Kontrimas T. , Köpke L. , Kopper C. , Koskinen D. J. , Koundal P. , Kovacevich M. , Kowalski M. , Kozynets T. , Krishnamoorthi J. , Kruiswijk K. , Krupczak E. , Kumar A. , Kun E. , Kurahashi N. , Lad N. , Lagunas Gualda C. , Lamoureux M. , Larson M. J. , Latseva S. , Lauber F. , Lazar J. P. , Lee J. W. , Leonard DeHolton K. , Leszczyńska A. , Liao J. , Lincetto M. , Liu Y. T. , Liubarska M. , Lohfink E. , Love C. , Lozano Mariscal C. J. , Lu L. , Lucarelli F. , Luszczak W. , Lyu Y. , Madsen J. , Magnus E. , Mahn K. B. M. , Makino Y. , Manao E. , Mancina S. , Marie Sainte W. , Mariş I. C. , Marka S. , Marka Z. , Marsee M. , Martinez-Soler I. , Maruyama R. , Mayhew F. , McNally F. , Mead J. V. , Meagher K. , Mechbal S. , Medina A. , Meier M. , Merckx Y. , Merten L. , Micallef J. , Mitchell J. , Montaruli T. , Moore R. W. , Morii Y. , Morse R. , Moulai M. , Mukherjee T. , Naab R. , Nagai R. , Nakos M. , Naumann U. , Necker J. , Negi A. , Neste L. , Neumann M. , Niederhausen H. , Noda K. , Noell A. , Novikov A. , Obertacke Pollmann A. , O’Dell V. , Oeyen B. , Olivas A. , Orsoe R. , Osborn J. , O’Sullivan E. , Pandya H. , Park N. , Parker G. K. , Paudel E. N. , Paul L. , Pérez de los Heros C. , Pernice T. , Peterson J. , Philippen S. , Pizzuto A. , Plum M. , Pontén A. , Popovych Y. , Prado Rodriguez M. , Pries B. , Procter-Murphy R. , Przybylski G. T. , Raab C. , Rack-Helleis J. , Ravn M. , Rawlins K. , Rechav Z. , Rehman A. , Reichherzer P. , Resconi E. , Reusch S. , Rhode W. , Riedel B. , Rifaie A. , Roberts E. J. , Robertson S. , Rodan S. , Roellinghoff G. , Rongen M. , Rosted A. , Rott C. , Ruhe T. , Ruohan L. , Ryckbosch D. , Safa I. , Saffer J. , Sampathkumar P. , Sandrock A. , Santander M. , Sarkar S. , Sarkar S. , Savelberg J. , Savina P. , Schaile P. , Schaufel M. , Schieler H. , Schindler S. , Schlüter B. , Schlüter F. , Schmeisser N. , Schmidt T. , Schneider J. , Schröder F. G. , Schumacher L. , Sclafani S. , Seckel D. , Seikh M. , Seo M. , Seunarine S. , Sevle Myhr P. , Shah R. , Shefali S. , Shimizu N. , Silva M. , Skrzypek B. , Smithers B. , Snihur R. , Soedingrekso J. , Søgaard A. , Soldin D. , Soldin P. , Sommani G. , Spannfellner C. , Spiczak G. M. , Spiering C. , Stamatikos M. , Stanev T. , Stezelberger T. , Stürwald T. , Stuttard T. , Sullivan G. W. , Taboada I. , Ter-Antonyan S. , Terliuk A. , Thiesmeyer M. , Thompson W. G. , Thwaites J. , Tilav S. , Tönnis C. , Toscano S. , Tosi D. , Trettin A. , Turcotte R. , Twagirayezu J. P. , Unland Elorrieta M. A. , Upadhyay A. K. , Upshaw K. , Vaidyanathan A. , Valtonen-Mattila N. , Vandenbroucke J. , van Eijndhoven N. , Vannerom D. , van Santen J. , Vara J. , Veitch-Michaelis J. , Venugopal M. , Vereecken M. , Verpoest S. , Veske D. , Vijai A. , Walck C. , Wang A. , Weaver C. , Weigel P. , Weindl A. , Weldert J. , Wen A. Y. , Wendt C. , Werthebach J. , Weyrauch M. , Whitehorn N. , Wiebusch C. H. , Williams D. R. , Witthaus L. , Wolf A. , Wolf M. , Wrede G. , Xu X. W. , Yanez J. P. , Yildizci E. , Yoshida S. , Young R. , Yu S. , Yuan T. , Zhang Z. , Zhelnin P. , Zilberman P. , Zimmerman M. ,   IceCube Collaboration
Published: November 2024

Abstract
The origin of high-energy galactic cosmic rays is yet to be understood, but some galactic cosmic-ray accelerators can accelerate cosmic rays up to PeV energies. The high-energy cosmic rays are expected to interact with the surrounding material or radiation, resulting in the production of gamma-rays and neutrinos. To optimize for the detection of such associated production of gamma-rays and neutrinos for a given source morphology and spectrum, a multimessenger analysis that combines gamma-rays and neutrinos is required. In this study, we use the Multi-Mission Maximum Likelihood framework with IceCube Maximum Likelihood Analysis software and HAWC Accelerated Likelihood to search for a correlation between 22 known gamma-ray sources from the third HAWC gamma-ray catalog and 14 yr of IceCube track-like data. No significant neutrino emission from the direction of the HAWC sources was found. We report the best-fit gamma-ray model and 90% CL neutrino flux limit from the 22 sources. From the neutrino flux limit, we conclude that, for five of the sources, the gamma-ray emission observed by HAWC cannot be produced purely from hadronic interactions. We report the limit for the fraction of gamma-rays produced by hadronic interactions for these five sources.