Search for cosmic point sources of high energy neutrinos with the AMANDA-II detector

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Suche nach astrophysikalischen Punktquellen hochenergetischer Neutrinos mit Hilfe des AMANDA-II-Detektors. Der AMANDA-Detektor erlaubt die Rekonstruktion neutrino-induzierter Myonen durch die Detektion des von diesen Myonen emittierten Cherenkov-Lichts. Es wird der Datensatz des Jahres 2000 mit einer effektiven Datennahmezeit von 197 Tagen analysiert. Nach der Unterdrückung eines wesentlichen Teils des Untergrundes atmosphärischer Myonen durch Selektion als aufwärts laufend rekonstruierter Ereignisse werden weitere Selektionskriterien entwickelt, um einen Datensatz herauszufiltern, der von durch atmosphärische Neutrinos induzierten Myonen dominiert ist. Diese 699 Ereignisse werden im Hinblick auf signifikante Beiträge von Punktquellen untersucht, d.h. auf Überschüsse der Ereigniskonzentration aus bestimmten Richtungen. Weder die Betrachtung einer Auswahl möglicher Neutrinoquellen (z.B. aktive galaktische Kerne, Mikroquasare oder Supernova-Überreste), noch eine Suche am gesamten Nordhimmel durch die Platzierung überlappender Suchfenster, noch die Untersuchung der Raumwinkel-Abstände zwischen Paaren selektierter Ereignisse ergeben einen signifikanten Hinweis auf die Existenz von Quellen astrophysikalischer hochenergetischer Neutrinos. Unter der Annahme eines Neutrinospektrums dN/dE ~ E^(-2) werden Flussgrenzen für die Neutrino-Flüsse der ausgewählten Quellenkandidaten sowie für die neutrino-induzierten Myonflüsse angegeben, die im Mittel bei der Sensitivität von E^2 dN(Neutrinos)/dE = 2*10^(-7) GeV cm^(-2) s^(-1) bzw. N(Myonen) = 2*10^(-15) cm^(-2) s^(-1) liegen. Dies sind zur Zeit die besten Grenzen für die Neutrinoflüsse von astrophysikalischen Quellen in der nördlichen Hemisphäre.

We describe the search for astrophysical sources of high energy neutrinos with the AMANDA-II detector. This detector allows for reconstruction of neutrino induced muon tracks by the Cherenkov radiation emitted by relativistic muons. We analyze the AMANDA-II data recorded in the year 2000 with a lifetime of 197 days. A large fraction of the background of atmospheric muons can be suppressed by the selection of events reconstructed as upward moving tracks. We develop further quality criteria, which lead to the extraction of a sample of 699 neutrino event candidates, dominated by atmospheric neutrinos. We analyze this data sample in view of significant contributions from neutrino point sources, which would be observable as enhancements of the event density from certain directions. We have not found a significant indication of the existence of astrophysical high energy neutrino sources, neither by the investigation of source candidates (e.g. Active Galactic Nuclei, microquasars, or supernova remnants), nor by a binned search in the complete Northern sky, nor by the investigation of angular distances between pairs of reconstructed event directions. Assuming power-law neutrino spectra dN/dE ~ E^(-2), we calculate limits on the neutrino fluxes and the neutrino induced muons fluxes from a list of selected neutrino source candidates. The sensitivity of the AMANDA-II detector, i.e. the average neutrino and muon flux limits, amounts to E^2 dN(neutrinos)/dE = 2*10^(-7) GeV cm^(-2) s^(-1) and N(muons) = 2*10^(-15) cm^(-2) s^(-1), respectively. These are currently the best limits on neutrino fluxes from astrophysical objects in the Northern hemisphere.