Joint Constraints on Galactic Diffuse Neutrino Emission from the ANTARES and IceCube Neutrino Telescopes

The existence of diffuse Galactic neutrino production is expected from cosmic-ray interactions with Galactic gas and radiation fields. Thus, neutrinos are a unique messenger offering the opportunity to test the products of Galactic cosmic-ray interactions up to energies of hundreds of TeV. Here we present a search for this production using ten years of Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch (ANTARES) track and shower data, as well as seven years of IceCube track data. The data are combined into a joint likelihood test for neutrino emission according to the KRA model assuming a 5 PeV per nucleon Galactic cosmic-ray cutoff. No significant excess is found. As a consequence, the limits presented in this Letter start constraining the model parameter space for Galactic cosmic-ray production and transport.

T. B. Watson | J. P. Barron | J. C. D'iaz-V'elez | I. C. Rea | J. G. Gonzalez | S. Ter-Antonyan | J. Kelley | A. Heijboer | R. Moore | J. Pepper | G. Binder | N. Whitehorn | A. Olivas | I. Palma | A. Trovato | M. Aartsen | M. Ackermann | J. Adams | J. Aguilar | M. Ahlers | M. Ahrens | I. Samarai | D. Altmann | K. Andeen | T. Anderson | I. Ansseau | G. Anton | J. Auffenberg | S. Axani | H. Bagherpour | X. Bai | S. Barwick | V. Baum | R. Bay | J. Beatty | J. Tjus | S. BenZvi | D. Berley | E. Bernardini | D. Besson | D. Bindig | E. Blaufuss | S. Blot | C. Bohm | F. Bos | O. Botner | É. Bourbeau | J. Bourbeau | F. Bradascio | J. Braun | M. Brenzke | H. Bretz | S. Bron | J. Brostean-Kaiser | A. Burgman | R. Busse | T. Carver | E. Cheung | D. Chirkin | A. Christov | K. Clark | L. Classen | G. Collin | J. Conrad | P. Coppin | P. Correa | D. Cowen | R. Cross | P. Dave | M. Day | C. Clercq | J. DeLaunay | H. Dembinski | P. Desiati | K. D. Vries | G. Wasseige | T. DeYoung | V. Lorenzo | H. Dujmovic | J. Dumm | M. Dunkman | E. Dvorak | B. Eberhardt | T. Ehrhardt | B. Eichmann | P. Eller | P. Evenson | S. Fahey | A. Fazely | J. Felde | K. Filimonov | C. Finley | A. Franckowiak | E. Friedman | A. Fritz | T. Gaisser | J. Gallagher | L. Gerhardt | K. Ghorbani | T. Glauch | A. Goldschmidt | D. Grant | Z. Griffith | C. Haack | A. Hallgren | F. Halzen | K. Hanson | D. Hebecker | D. Heereman | K. Helbing | R. Hellauer | S. Hickford | J. Hignight | G. Hill | K. Hoffman | R. Hoffmann | T. Hoinka | B. Hokanson-Fasig | K. Hoshina | F. Huang | M. Huber | K. Hultqvist | R. Hussain | S. In | N. Iovine | A. Ishihara | E. Jacobi | G. Japaridze | M. Jeong | K. Jero | B. Jones | P. Kalaczyński | W. Kang | A. Kappes | D. Kappesser | T. Karg | A. Karle | U. Katz | M. Kauer | A. Keivani | A. Kheirandish | J. Kim | T. Kintscher | J. Kiryluk | T. Kittler | S. Klein | R. Koirala | H. Kolanoski | C. Kopper | S. Kopper | J. Koschinsky | D. Koskinen | M. Kowalski | K. Krings | M. Kroll | S. Kunwar | N. Kurahashi | A. Kyriacou | M. Labare | J. Lanfranchi | M. Larson | F. Lauber | K. Leonard | M. Leuermann | Q. Liu | C. J. L. Mariscal | L. Lu | W. Luszczak | J. Madsen | G. Maggi | K. Mahn | S. Mancina | R. Maruyama | K. Mase | R. Maunu | K. Meagher | M. Medici | M. Meier | T. Menne | G. Merino | T. Meures | S. Miarecki | J. Micallef | T. Montaruli | M. Moulai | R. Nahnhauer | P. Nakarmi | U. Naumann | G. Neer | H. Niederhausen | S. Nowicki | D. Nygren | A. Pollmann | A. O'Murchadha | E. O’Sullivan | T. Palczewski | H. Pandya | D. Pankova | P. Peiffer | D. Pieloth | E. Pinat | M. Plum | P. Price | G. Przybylski | C. Raab | M. Rameez | K. Rawlins | R. Reimann | B. Relethford | E. Resconi | W. Rhode | M. Richman | M. Rongen | C. Rott | T. Ruhe | D. Ryckbosch | D. Rysewyk | I. Safa | S. Herrera | A. Sandrock | J. Sandroos | M. Santander | S. Sarkar | K. Satalecka | P. Schlunder | A. Schneider | L. Schumacher | S. Sclafani | D. Seckel | S. Seunarine | J. Soedingrekso | D. Soldin | M. Song | G. Spiczak | C. Spiering | J. Stachurska | M. Stamatikos | T. Stanev | Alexander Stasik | A. Steuer | T. Stezelberger | R. Stokstad | N. Strotjohann | T. Stuttard | G. Sullivan | M. Sutherland | I. Taboada | F. Tenholt | A. Terliuk | S. Tilav | P. Toale | M. Tobin | S. Toscano | D. Tosi | M. Tselengidou | C. Tung | A. Turcati | C. Turley | B. Ty | E. Unger | M. Usner | J. Vandenbroucke | W. Driessche | D. Eijk | N. Eijndhoven | S. Vanheule | J. Santen | M. Vraeghe | C. Walck | A. Wallace | M. Wallraff | F. Wandler | N. Wandkowsky | A. Waza | C. Weaver | M. Weiss | C. Wendt | J. Werthebach | S. Westerhoff | B. Whelan | K. Wiebe | C. Wiebusch | L. Wille | D. Williams | L. Wills | J. Wood | T. R. Wood | K. Woschnagg | D. Xu | X. Xu | J. Yáñez | G. Yodh | T. Yuan | H. Glotin | F. Fassi | R. Nagai | Y. Tayalati | S. Basa | P. Gay | A. Capone | Y. Hello | A. Deschamps | J. Carr | P. Coyle | B. Vallage | M. Circella | A. Coleiro | D. Dornic | V. Kulikovskiy | B. Baret | S. Hallmann | S. Navas | G. Riccobene | D. Lefèvre | J. Brunner | V. Bertin | L. Caramete | J. Coelho | C. Racca | R. Lahmann | R. Moursli | D. Grasso | A. Barbano | S. Loucatos | J. Andr'e | A. Marinelli | C. Arguelles | K. Becker | T. Schmidt | M. Wolf | S. Yoshida | L. Kopke | J. Lunemann | C. Heros | S. Boser | T. Glusenkamp | S. Biagi | R. Bruijn | A. Albert | M. Anghinolfi | J. Aubert | M. Bouwhuis | R. Coniglione | C. Distefano | K. Graf | M. Jong | A. Kouchner | M. Marcelin | A. Margiotta | E. Nezri | P. Piattelli | V. Popa | T. Pradier | N. Randazzo | P. Sapienza | M. Spurio | T. Stolarczyk | M. Taiuti | D. Zaborov | J. Zornoza | T. Chiarusi | E. Leonora | V. Elewyck | M. Kadler | H. Costantini | J. Busto | T. Eberl | I. Kreykenbohm | M. Ardid | J. Wilms | O. Kalekin | C. Donzaud | H. Haren | D. Samtleben | A. Creusot | D. Drouhin | P. Migliozzi | D. Vivolo | S. Ridder | M. With | S. Robertson | S. Schoneberg | A. Stossl | G. Wrede | T. Avgitas | R. Bormuth | S. Celli | I. Felis | L. Fusco | G. Illuminati | C. James | M. Jongen | M. Kreter | C. Lachaud | K. Melis | A. Moussa | C. Pellegrino | M. Saldaña | M. Sanguineti | F. Schussler | B. Belhorma | Y. Makino | D. Gaggero | J. Aublin | J. Hern'andez-Rey | J. Hossl | J. Z'uniga | L. Rauch | M. Borner | Y. Xu | J. Boumaaza | M. Chabab | A. D'iaz | A. Domi | I. Bojaddaini | A. Enzenhofer | P. Fermani | G. Ferrara | J. Hofestadt | J. A. Mart'inez-Mora | G. E. Puavualacs | F. Versari | G. Levi | Mukharbek Organokov | W. Giang | E. Woolsey | D. Elsasser | L. Quinn | R. Stein | S. Bourret | H. Branzacs | N. Khayati | A. Ettahiri | R. G. Ruiz | M. Lotze | R. Mele | I. Salvadori | C. Tonnis | M. Hunnefeld | G. Kruckl | J. Stettner | M. Andr'e | J. Barrios-Mart'i | T. Gr'egoire | A. S'anchez-Losa | M. Schaufel | G. Moment'e | M. Elorrieta | M. Colomer | N. R. Khan-Chowdhury | K. Deoskar | E. Ganster | L. Halve | E. Lohfink | A. Pizzuto | A. Núñez | P. Backes | J. Conrad | I. A. Samarai | D. Xu | J. G. Gonzalez | E. Bourbeau | Mirco Hünnefeld

[1]  G. Merino,et al.  Constraints on Galactic Neutrino Emission with Seven Years of IceCube Data , 2017, 1707.03416.

[2]  J. P. Barron,et al.  Search for Astrophysical Sources of Neutrinos Using Cascade Events in IceCube , 2017, 1705.02383.

[3]  Napoli,et al.  New Constraints on all flavour Galactic diffuse neutrino emission with the ANTARES telescope , 2017 .

[4]  D. Grasso,et al.  Diffuse Cosmic Rays Shining in the Galactic Center: A Novel Interpretation of H.E.S.S. and Fermi-LAT γ-Ray Data. , 2017, Physical review letters.

[5]  A. Schukraft,et al.  The IceCube Neutrino Observatory: Instrumentation and Online Systems , 2016, 1612.05093.

[6]  J. C. D'iaz-V'elez,et al.  All-sky Search for Time-integrated Neutrino Emission from Astrophysical Sources with 7 yr of IceCube Data , 2016, 1609.04981.

[7]  P. O. Hulth,et al.  A COMBINED MAXIMUM-LIKELIHOOD ANALYSIS OF THE HIGH-ENERGY ASTROPHYSICAL NEUTRINO FLUX MEASURED WITH ICECUBE , 2015, 1507.03991.

[8]  M. Valli,et al.  THE GAMMA-RAY AND NEUTRINO SKY: A CONSISTENT PICTURE OF FERMI-LAT, MILAGRO, AND ICECUBE RESULTS , 2015, 1504.00227.

[9]  P. Ullio,et al.  Gamma-ray sky points to radial gradients in cosmic-ray transport , 2014, 1411.7623.

[10]  J. Chiang,et al.  FERMI-LAT OBSERVATIONS OF THE DIFFUSE γ-RAY EMISSION: IMPLICATIONS FOR COSMIC RAYS AND THE INTERSTELLAR MEDIUM , 2012 .

[11]  S. Cecchini,et al.  The positioning system of the ANTARES Neutrino Telescope , 2012, 1202.3894.

[12]  The Fermi-LAT Collaboration Fermi-LAT Observations of the Diffuse Gamma-Ray Emission: Implications for Cosmic Rays and the Interstellar Medium , 2012, 1202.4039.

[13]  H. J. Gils,et al.  KASCADE-Grande measurements of energy spectra for elemental groups of cosmic rays , 2013, 1306.6283.

[14]  J. R. Hubbard,et al.  ANTARES: the first undersea neutrino telescope , 2011 .

[15]  S. W. Digel,et al.  GALPROP WebRun: An internet-based service for calculating galactic cosmic ray propagation and associated photon emissions , 2010, Comput. Phys. Commun..

[16]  J. T. Childers,et al.  DISCREPANT HARDENING OBSERVED IN COSMIC-RAY ELEMENTAL SPECTRA , 2010, 1004.1123.

[17]  Anthony M. Brown,et al.  Positioning system of the ANTARES Neutrino Telescope , 2009, 0908.0814.

[18]  E. al.,et al.  KASCADE measurements of energy spectra for elemental groups of cosmic rays: Results and open problems , 2005, astro-ph/0505413.