title: Realtime detection of high-energy neutrinos and search for correlations with candidate source classes
Creators: name: Lagunas Gualda, Cristina
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: Neutrino
subject: Aktive Galaktische Kerne
subject: Multimessenger-Astronomie
subject: IceCube
subject: Neutrino
subject: Active Galactic Nuclei
subject: Multimessenger astronomy
subject: IceCube
subject: 530 Physik

description: Das IceCube Neutrino Observatory ist das größte Neutrinoteleskop der Welt und befindet sich am Südpol. IceCube hat im Jahr 2013 einen isotropen Fluss astrophysikalischer Neutrinos entdeckt, aber ihre Herkunft bleibt größtenteils unbekannt. Das Ziel dieser Doktorarbeit ist es, nach den Quellen der energiereichsten Neutrinoereignisse zu suchen, die von IceCube detektiert wurden. Diese sogenannten ‘Neutrino Alert’- Ereignisse sind höchstwahrscheinlich astrophysikalischen Ursprungs. Diese Arbeit präsentiert die Ergebnisse der ersten IceCube Analyse, die nach Korrelationen zwischen einem Katalog von ‘Neutrino Alert’-Ereignisse und potenziellen Quellen sucht. Zwei Quellenklassen werden untersucht: Gammastrahlen-Blazare aus dem Fermi-LAT 4LAC-DR2-Katalog und radiohelle Aktive Galaktische Kerne aus dem RFC 2022a-Katalog. Beide Klassen wurden in vielen theoretischen Modellen als Neutrinoquellen vorgeschlagen. Sowohl aufgrund der extremen Beschleunigung, die in ihnen stattfindet, als auch der hohen Dichte ihrer umgebenden Materie. Um den Beitrag jeder Quelle im Katalog zum gesamten Ergebnis zu quantifizieren, wird ein Gewicht angewendet. Dieses Gewicht hängt vom Modell des Neutrinoproduktionsmechanismus ab. Für den Fermi-LAT 4LAC-DR2-Katalog werden zwei Gewichtungsschemata betrachtet: der normalisierte 10-Jahres-Durchschnittsenergiefluss in Gammastrahlen und der normalisierte Energiefluss im 1-Monats-Zeitintervall, das mit der Ankunftszeit des Neutrinos zusammenfällt. Für den RFC 2022a-Katalog werden die Quellen nach der Flussdichte gewichtet, die über VLBI-Bilder bei 8,6 GHz integriert ist. Es wurde keine signifikante Neutrinoemission in einer der drei Katalogsuchen festgestellt. Dieses Ergebnis ist mit einem kleinen Anteil von Quellen (&lt; 1%), die Neutrinos hoher Energie emittieren, vereinbar. Als Teil dieser Doktorarbeit wird die Auswirkung von systematischen Unsicherheiten auf die Winkelrekon- struktion von ‘Neutrino Alert’-Ereignissen untersucht. Zwei Datensätze simulierter Ereignisse wurden erstellt, die eine Methode verwenden, die sicherstellt, dass alle Ereignisse innerhalb jeder definierten Kategorie ähnlich sind. Diese Ereignisse werden dann mit dem Algorithmus rekonstruiert, der für ‘Neutrino Alert’-Ereignisse angewendet wird. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass eine robusterer Umgang mit den systematischen Unsicherheiten erforderlich ist, da die Unsicherheitskonturen, die mit der aktuellen Methode berechnet werden, nicht den erwarteten Vertrauensniveaus für einzelne Ereignisse entsprechen. Darüber hinaus ermöglicht diese Arbeit zum ersten Mal einen direkten Vergleich mit anderen Rekonstruktionsalgorithmen, die eine bessere Winkelauslösung bei einem Bruchteil der Rechenkosten erreichen.
description: The IceCube Neutrino Observatory is the largest neutrino telescope in the world, located at the South Pole. IceCube discovered an all-sky isotropic flux of astrophysical neutrinos in 2013, but their origin remains mostly unknown. The goal of this thesis is to identify the sources of the most energetic neutrino events detected by IceCube. These so-called neutrino alert events are very likely to be of astrophysical origin. This work is the first analysis performed in IceCube that searches for correlations between a catalog of neutrino alert events and potential sources. Two source classes are considered, gamma-ray blazars from the Fermi-LAT 4LAC-DR2 catalog and radio-bright Active Galactic Nuclei from the RFC 2022a catalog. Both classes have been suggested as neutrino emitters in many theoretical models due to the extreme acceleration that happens inside and the high density of their surrounding matter. To quantify the contribution of each source in the catalog to the final result, a weight is applied. This weight depends on the model of the neutrino production mechanism. For the Fermi-LAT 4LAC-DR2 catalog, two weighting schemes are considered: the normalized 10-year average energy flux in gamma rays, and the normalized energy flux in the 1-month time bin that coincides with the neutrino arrival time. For the RFC 2022a catalog, the sources are weighted by the flux density integrated over VLBI images at 8.6 GHz. There is no significant neutrino emission in any of the three searches. This result is compatible with a small fraction of sources (&lt; 1%) emitting neutrino alert events. As part of this thesis, the impact of systematic uncertainties on the angular reconstruction of neutrino alert events is studied. Two datasets of simulated events were created using a method that ensures the similarity of all events within each defined category. These events are then reconstructed with the algorithm that is applied to neutrino alert events. The results from these studies prove that a more robust treatment of the systematic uncertainties is needed, since the uncertainty contours calculated with the current method do not correspond to the expected confidence levels for individual events. Furthermore, this work enables a direct comparison to other reconstruction algorithms for the first time, revealing that these alternative methods achieve better angular resolution at a fraction of the computational cost.