Search for High-energy Neutrinos from Ultraluminous Infrared Galaxies with IceCube
Authors: Abbasi R. , Ackermann M. , Adams J. , Aguilar J. A. , Ahlers M. , Ahrens M. , Alispach C. , Alves A. A. , Amin N. M. , An R. , Andeen K. , Anderson T. , Anton G. , Argüelles C. , Ashida Y. , Axani S. , Bai X. , V. A. Balagopal , Barbano A. , Barwick S. W. , Bastian B. , Basu V. , Baur S. , Bay R. , Beatty J. J. , Becker K.-H. , Tjus J. Becker , Bellenghi C. , BenZvi S. , Berley D. , Bernardini E. , Besson D. Z. , Binder G. , Bindig D. , Blaufuss E. , Blot S. , Boddenberg M. , Bontempo F. , Borowka J. , Böser S. , Botner O. , Böttcher J. , Bourbeau E. , Bradascio F. , Braun J. , Bron S. , Brostean-Kaiser J. , Browne S. , Burgman A. , Burley R. T. , Busse R. S. , Campana M. A. , Carnie-Bronca E. G. , Chen C. , Chirkin D. , Choi K. , Clark B. A. , Clark K. , Classen L. , Coleman A. , Collin G. H. , Conrad J. M. , Coppin P. , Correa P. , Cowen D. F. , Cross R. , Dappen C. , Dave P. , De Clercq C. , DeLaunay J. J. , Dembinski H. , Deoskar K. , De Ridder S. , Desai A. , Desiati P. , de Vries K. D. , de Wasseige G. , de With M. , DeYoung T. , Dharani S. , Diaz A. , Díaz-Vélez J. C. , Dittmer M. , Dujmovic H. , Dunkman M. , DuVernois M. A. , Dvorak E. , Ehrhardt T. , Eller P. , Engel R. , Erpenbeck H. , Evans J. , Evenson P. A. , Fan K. L. , Fazely A. R. , Fiedlschuster S. , Fienberg A. T. , Filimonov K. , 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. , Goldschmidt A. , Gonzalez J. G. , Goswami S. , Grant D. , Grégoire T. , Griswold S. , Gündüz M. , Günther C. , Haack C. , Hallgren A. , Halliday R. , Halve L. , Halzen F. , Minh M. Ha , Hanson K. , Hardin J. , Harnisch A. A. , Haungs A. , Hauser S. , Hebecker D. , Helbing K. , Henningsen F. , Hettinger E. C. , Hickford S. , Hignight J. , Hill C. , Hill G. C. , Hoffman K. D. , Hoffmann R. , Hoinka T. , Hokanson-Fasig B. , Hoshina K. , Huang F. , Huber M. , Huber T. , Hultqvist K. , Hünnefeld M. , Hussain R. , In S. , Iovine N. , Ishihara A. , Jansson M. , Japaridze G. S. , Jeong M. , Jones B. J. P. , Kang D. , Kang W. , Kang X. , Kappes A. , Kappesser D. , Karg T. , Karl M. , Karle A. , Katz U. , Kauer M. , Kellermann M. , Kelley J. L. , Kheirandish A. , Kin K. , Kintscher T. , Kiryluk J. , Klein S. R. , Koirala R. , Kolanoski H. , Kontrimas T. , Köpke L. , Kopper C. , Kopper S. , Koskinen D. J. , Koundal P. , Kovacevich M. , Kowalski M. , Kozynets T. , Kun E. , Kurahashi N. , Lad N. , Gualda C. Lagunas , Lanfranchi J. L. , Larson M. J. , Lauber F. , Lazar J. P. , Lee J. W. , Leonard K. , Leszczyńska A. , Li Y. , Lincetto M. , Liu Q. R. , Liubarska M. , Lohfink E. , 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. , Mariş I. C. , Maruyama R. , Mase K. , McElroy T. , McNally F. , Mead J. V. , Meagher K. , Medina A. , Meier M. , Meighen-Berger S. , Micallef J. , Mockler D. , Montaruli T. , Moore R. W. , Morse R. , Moulai M. , Naab R. , Nagai R. , Naumann U. , Necker J. , Nguyễn L. V. , Niederhausen H. , Nisa M. U. , Nowicki S. C. , Nygren D. R. , Pollmann A. Obertacke , Oehler M. , Olivas A. , O’Sullivan E. , Pandya H. , Pankova D. V. , Park N. , Parker G. K. , Paudel E. N. , Paul L. , de los Heros C. Pérez , Peters L. , Peterson J. , Philippen S. , Pieloth D. , Pieper S. , Pittermann M. , Pizzuto A. , Plum M. , Popovych Y. , Porcelli A. , Rodriguez M. Prado , Price P. B. , Pries B. , Przybylski G. T. , Raab C. , Raissi A. , Rameez M. , Rawlins K. , Rea I. C. , Rehman A. , Reichherzer P. , Reimann R. , Renzi G. , Resconi E. , Reusch S. , Rhode W. , Richman M. , Riedel B. , Roberts E. J. , Robertson S. , Roellinghoff G. , Rongen M. , Rott C. , Ruhe T. , Ryckbosch D. , Cantu D. Rysewyk , Safa I. , Saffer J. , Herrera S. E. Sanchez , Sandrock A. , Sandroos J. , Santander M. , Sarkar S. , Sarkar S. , Satalecka K. , Scharf M. , Schaufel M. , Schieler H. , Schindler S. , Schlunder P. , Schmidt T. , Schneider A. , Schneider J. , Schröder F. G. , Schumacher L. , Schwefer G. , Sclafani S. , Seckel D. , Seunarine S. , Sharma A. , Shefali S. , Silva M. , Skrzypek B. , Smithers B. , Snihur R. , Soedingrekso J. , Soldin D. , Spannfellner C. , Spiczak G. M. , Spiering C. , Stachurska J. , Stamatikos M. , Stanev T. , Stein R. , Stettner J. , Steuer A. , Stezelberger T. , Stürwald T. , Stuttard T. , Sullivan G. W. , Taboada I. , Tenholt F. , Ter-Antonyan S. , Tilav S. , Tischbein F. , Tollefson K. , Tomankova L. , Tönnis C. , Toscano S. , Tosi D. , Trettin A. , Tselengidou M. , Tung C. F. , Turcati A. , Turcotte R. , Turley C. F. , Twagirayezu J. P. , Ty B. , Elorrieta M. A. Unland , Valtonen-Mattila N. , Vandenbroucke J. , van Eijndhoven N. , Vannerom D. , van Santen J. , Verpoest S. , Vraeghe M. , Walck C. , Watson T. B. , Weaver C. , Weigel P. , Weindl A. , Weiss M. J. , Weldert J. , Wendt C. , Werthebach J. , Weyrauch M. , Whitehorn N. , Wiebusch C. H. , Williams D. R. , Wolf M. , Woschnagg K. , Wrede G. , Wulff J. , Xu X. W. , Xu Y. , Yanez J. P. , Yoshida S. , Yu S. , Yuan T. , Zhang Z. ,   IceCube Collaboration
Published: February 2022

Abstract
Ultraluminous infrared galaxies (ULIRGs) have infrared luminosities L
IR ≥ 1012
L
⊙, making them the most luminous objects in the infrared sky. These dusty objects are generally powered by starbursts with star formation rates that exceed 100 M
⊙ yr−1, possibly combined with a contribution from an active galactic nucleus. Such environments make ULIRGs plausible sources of astrophysical high-energy neutrinos, which can be observed by the IceCube Neutrino Observatory at the South Pole. We present a stacking search for high-energy neutrinos from a representative sample of 75 ULIRGs with redshift z ≤ 0.13 using 7.5 yr of IceCube data. The results are consistent with a background-only observation, yielding upper limits on the neutrino flux from these 75 ULIRGs. For an unbroken E
−2.5 power-law spectrum, we report an upper limit on the stacked flux

Φ

ν

μ

+

ν

¯

μ

90
%

=
3.24
×

10

−
14

TeV

−
1

cm

−
2

s

−
1

(
E

/

10

TeV
)

−
2.5

at 90% confidence level. In addition, we constrain the contribution of the ULIRG source population to the observed diffuse astrophysical neutrino flux as well as model predictions.