Constraining High-energy Neutrino Emission from Supernovae with IceCube
Authors: Abbasi R. , Ackermann M. , Adams J. , Agarwalla S. K. , Aguilar J. A. , Ahlers M. , Alameddine J. M. , Amin N. M. , Andeen K. , Anton G. , Argüelles C. , Ashida Y. , Athanasiadou S. , Axani S. N. , Bai X. , V. A. Balagopal , Baricevic M. , Barwick S. W. , Basu V. , Bay R. , Beatty J. J. , Becker K.-H. , Tjus J. Becker , Beise J. , Bellenghi C. , BenZvi S. , Berley D. , Bernardini E. , Besson D. Z. , Binder G. , Bindig D. , Blaufuss E. , Blot S. , Bontempo F. , Book J. Y. , Meneguolo C. Boscolo , Böser S. , Botner O. , Böttcher J. , Bourbeau E. , Braun J. , Brinson B. , Brostean-Kaiser J. , Burley R. T. , Busse R. S. , Butterfield D. , Campana M. A. , Carloni K. , Carnie-Bronca E. G. , Chattopadhyay S. , Chen C. , Chen Z. , Chirkin D. , Choi S. , Clark B. A. , Classen L. , Coleman A. , Collin G. H. , Connolly A. , Conrad J. M. , Coppin P. , Correa P. , Countryman S. , Cowen D. F. , Dave P. , De Clercq C. , DeLaunay J. J. , Delgado López D. , Dembinski H. , Deoskar K. , Desai A. , Desiati P. , de Vries K. D. , de Wasseige G. , DeYoung T. , Diaz A. , Díaz-Vélez J. C. , Dittmer M. , Domi A. , Dujmovic H. , DuVernois M. A. , Ehrhardt T. , Eller P. , Engel R. , Erpenbeck H. , Evans J. , Evenson P. A. , Fan K. L. , Fang K. , Fazely A. R. , Fedynitch A. , Feigl N. , Fiedlschuster S. , Finley C. , Fischer L. , Fox D. , Franckowiak A. , Friedman E. , Fritz A. , Fürst P. , Gaisser T. K. , Gallagher J. , Ganster E. , Garcia A. , Garrappa S. , Gerhardt L. , Ghadimi A. , Glaser C. , Glauch T. , Glüsenkamp T. , Goehlke N. , Gonzalez J. G. , Goswami S. , Grant D. , Gray S. J. , Griffin S. , Griswold S. , Günther C. , Gutjahr P. , Haack C. , Hallgren A. , Halliday R. , Halve L. , Halzen F. , Hamdaoui H. , Minh M. Ha , Hanson K. , Hardin J. , Harnisch A. A. , Hatch P. , Haungs A. , Helbing K. , Hellrung J. , Henningsen F. , Heuermann L. , Hickford S. , Hidvegi A. , Hill C. , Hill G. C. , Hoffman K. D. , Hoshina K. , Hou W. , Huber T. , Hultqvist K. , Hünnefeld M. , Hussain R. , Hymon K. , In S. , Iovine N. , Ishihara A. , Jacquart M. , Jansson M. , Japaridze G. S. , Jayakumar K. , Jeong M. , Jin M. , Jones B. J. P. , Kang D. , Kang W. , Kang X. , Kappes A. , Kappesser D. , Kardum L. , Karg T. , Karl M. , Karle A. , Katz U. , Kauer M. , Kelley J. L. , Zathul A. Khatee , Kheirandish A. , Kin K. , 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. , Kruiswijk K. , Krupczak E. , Kumar A. , Kun E. , Kurahashi N. , Lad N. , Lagunas Gualda C. , Lamoureux M. , Larson M. J. , Lauber F. , Lazar J. P. , Lee J. W. , DeHolton K. Leonard , Leszczyńska A. , Lincetto M. , Liu Q. R. , Liubarska M. , Lohfink E. , Love C. , Mariscal C. J. Lozano , Lu L. , Lucarelli F. , Ludwig A. , Luszczak W. , Lyu Y. , Ma W. Y. , Madsen J. , Mahn K. B. M. , Makino Y. , Mancina S. , Sainte W. Marie , Mariş I. C. , Marka S. , Marka Z. , Marsee M. , Martinez-Soler I. , Maruyama R. , Mayhew F. , McElroy T. , McNally F. , Mead J. V. , Meagher K. , Mechbal S. , Medina A. , Meier M. , Meighen-Berger S. , Merckx Y. , Merten L. , Micallef J. , Mockler D. , Montaruli T. , Moore R. W. , Morii Y. , Morse R. , Moulai M. , Mukherjee T. , Naab R. , Nagai R. , Nakos M. , Naumann U. , Necker J. , Neumann M. , Niederhausen H. , Nisa M. U. , Noell A. , Nowicki S. C. , Pollmann A. Obertacke , O’Dell V. , Oehler M. , Oeyen B. , Olivas A. , Orsoe R. , Osborn J. , O’Sullivan E. , Pandya H. , Park N. , Parker G. K. , Paudel E. N. , Paul L. , de los Heros C. Pérez , Peterson J. , Philippen S. , Pieper S. , Pizzuto A. , Plum M. , Popovych Y. , Prado Rodriguez M. , Pries B. , Procter-Murphy R. , Przybylski G. T. , Raab C. , Rack-Helleis J. , Rawlins K. , Rechav Z. , Rehman A. , Reichherzer P. , Renzi G. , Resconi E. , Reusch S. , Rhode W. , Richman M. , Riedel B. , Roberts E. J. , Robertson S. , Rodan S. , Roellinghoff G. , Rongen M. , Rott C. , Ruhe T. , Ruohan L. , Ryckbosch D. , Safa I. , Saffer J. , Salazar-Gallegos D. , Sampathkumar P. , Sanchez Herrera S. E. , Sandrock A. , Santander M. , Sarkar S. , Sarkar S. , Savelberg J. , Savina P. , Schaufel M. , Schieler H. , Schindler S. , Schlüter B. , Schmidt T. , Schneider J. , Schröder F. G. , Schumacher L. , Schwefer G. , Sclafani S. , Seckel D. , Seunarine S. , Sharma A. , Shefali S. , Shimizu N. , Silva M. , Skrzypek B. , Smithers B. , Snihur R. , Soedingrekso J. , Søgaard A. , Soldin D. , Sommani G. , Spannfellner C. , Spiczak G. M. , Spiering C. , Stamatikos M. , Stanev T. , Stasik A. , Stein R. , Stezelberger T. , Stürwald T. , Stuttard T. , Sullivan G. W. , Taboada I. , Ter-Antonyan S. , Thompson W. G. , Thwaites J. , Tilav S. , Tollefson K. , Tönnis C. , Toscano S. , Tosi D. , Trettin A. , Tung C. F. , Turcotte R. , Twagirayezu J. P. , Ty B. , Unland Elorrieta M. A. , Upadhyay A. K. , Upshaw K. , Valtonen-Mattila N. , Vandenbroucke J. , van Eijndhoven N. , Vannerom D. , van Santen J. , Vara J. , Veitch-Michaelis J. , Venugopal M. , Verpoest S. , Veske D. , Walck C. , Watson T. B. , Weaver C. , Weigel P. , Weindl A. , Weldert J. , Wendt C. , Werthebach J. , Weyrauch M. , Whitehorn N. , Wiebusch C. H. , Willey N. , Williams D. R. , Wolf M. , Wrede G. , Wulff J. , Xu X. W. , Yanez J. P. , Yildizci E. , Yoshida S. , Yu F. , Yu S. , Yuan T. , Zhang Z. , Zhelnin P. ,   IceCube Collaboration
Published: May 2023

Abstract
Core-collapse supernovae are a promising potential high-energy neutrino source class. We test for correlation between seven years of IceCube neutrino data and a catalog containing more than 1000 core-collapse supernovae of types IIn and IIP and a sample of stripped-envelope supernovae. We search both for neutrino emission from individual supernovae as well as for combined emission from the whole supernova sample, through a stacking analysis. No significant spatial or temporal correlation of neutrinos with the cataloged supernovae was found. All scenarios were tested against the background expectation and together yield an overall p-value of 93%; therefore, they show consistency with the background only. The derived upper limits on the total energy emitted in neutrinos are 1.7 × 1048 erg for stripped-envelope supernovae, 2.8 × 1048 erg for type IIP, and 1.3 × 1049 erg for type IIn SNe, the latter disfavoring models with optimistic assumptions for neutrino production in interacting supernovae. We conclude that stripped-envelope supernovae and supernovae of type IIn do not contribute more than 14.6% and 33.9%, respectively, to the diffuse neutrino flux in the energy range of about [ 103–105] GeV, assuming that the neutrino energy spectrum follows a power-law with an index of −2.5. Under the same assumption, we can only constrain the contribution of type IIP SNe to no more than 59.9%. Thus, core-collapse supernovae of types IIn and stripped-envelope supernovae can both be ruled out as the dominant source of the diffuse neutrino flux under the given assumptions.