Ultrahigh-energy neutrino follow-up of gravitational wave events GW150914 and GW151226 with the Pierre Auger Observatory

Journal Article · Fri Dec 30 00:00:00 EST 2016 · Physical Review D

DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.94.122007· OSTI ID:1341883

Aab, A.; Abreu, P.; Aglietta, M.; Al Samarai, I.; Albuquerque, I. F. M.; Allekotte, I.; Almela, A.; Alvarez Castillo, J.; Alvarez-Muñiz, J.; Ambrosio, M.; Anastasi, G. A.; Anchordoqui, L.; Andrada, B.; Andringa, S.; Aramo, C.; Arqueros, F.; Arsene, N.; Asorey, H.; Assis, P.; Aublin, J. ; Avila, G.; Badescu, A. M.; Balaceanu, A.; Barreira Luz, R. J.; Baus, C.; Beatty, J. J.; Becker, K. H.; Bellido, J. A.; Berat, C.; Bertaina, M. E.; Bertou, X.; Biermann, P. L.; Billoir, P.; Biteau, J.; Blaess, S. G.; Blanco, A.; Blazek, J.; Bleve, C.; Boháčová, M.; Boncioli, D.; Bonifazi, C.; Borodai, N.; Botti, A. M.; Brack, J.; Brancus, I.; Bretz, T.; Bridgeman, A.; Briechle, F. L.; Buchholz, P.; Bueno, A.; Buitink, S.; Buscemi, M.; Caballero-Mora, K. S.; Caccianiga, L.; Cancio, A.; Canfora, F.; Caramete, L.; Caruso, R.; Castellina, A.; Cataldi, G.; Cazon, L.; Cester, R.; Chavez, A. G.; Chinellato, J. A.; Chudoba, J.; Clay, R. W.; Colalillo, R.; Coleman, A.; Collica, L.; Coluccia, M. R.; Conceição, R.; Contreras, F.; Cooper, M. J.; Coutu, S.; Covault, C. E.; Cronin, J.; D’Amico, S.; Daniel, B.; Dasso, S.; Daumiller, K.; Dawson, B. R.; de Almeida, R. M.; de Jong, S. J.; De Mauro, G.; de Mello Neto, J. R. T.; De Mitri, I.; de Oliveira, J.; de Souza, V.; Debatin, J.; Deligny, O.; Di Giulio, C.; Di Matteo, A.; Díaz Castro, M. L.; Diogo, F.; Dobrigkeit, C.; D’Olivo, J. C.; Dorofeev, A.; dos Anjos, R. C.; Dova, M. T.; Dundovic, A.; Ebr, J.; Engel, R.; Erdmann, M.; Erfani, M.; Escobar, C. O.; Espadanal, J.; Etchegoyen, A.; Falcke, H.; Fang, K.; Farrar, G.; Fauth, A. C.; Fazzini, N.; Fick, B.; Figueira, J. M.; Filipčič, A.; Fratu, O.; Freire, M. M.; Fujii, T.; Fuster, A.; Gaior, R.; García, B.; Garcia-Pinto, D.; Gaté, F.; Gemmeke, H.; Gherghel-Lascu, A.; Ghia, P. L.; Giaccari, U.; Giammarchi, M.; Giller, M.; Głas, D.; Glaser, C.; Glass, H.; Golup, G.; Gómez Berisso, M.; Gómez Vitale, P. F.; González, N.; Gookin, B.; Gorgi, A.; Gorham, P.; Gouffon, P.; Grillo, A. F.; Grubb, T. D.; Guarino, F.; Guedes, G. P.; Hampel, M. R.; Hansen, P.; Harari, D.; Harrison, T. A.; Harton, J. L.; Hasankiadeh, Q.; Haungs, A.; Hebbeker, T.; Heck, D.; Heimann, P.; Herve, A. E.; Hill, G. C.; Hojvat, C.; Holt, E.; Homola, P.; Hörandel, J. R.; Horvath, P.; Hrabovský, M.; Huege, T.; Hulsman, J.; Insolia, A.; Isar, P. G.; Jandt, I.; Jansen, S.; Johnsen, J. A.; Josebachuili, M.; Kääpä, A.; Kambeitz, O.; Kampert, K. H.; Kasper, P.; Katkov, I.; Keilhauer, B.; Kemp, E.; Kemp, J.; Kieckhafer, R. M.; Klages, H. O.; Kleifges, M.; Kleinfeller, J.; Krause, R.; Krohm, N.; Kuempel, D.; Kukec Mezek, G.; Kunka, N.; Kuotb Awad, A.; LaHurd, D.; Lauscher, M.; Lebrun, P.; Legumina, R.; Leigui de Oliveira, M. A.; Letessier-Selvon, A.; Lhenry-Yvon, I.; Link, K.; Lopes, L.; López, R.; López Casado, A.; Luce, Q.; Lucero, A.; Malacari, M.; Mallamaci, M.; Mandat, D.; Mantsch, P.; Mariazzi, A. G.; Mariş, I. C.; Marsella, G.; Martello, D.; Martinez, H.; Martínez Bravo, O.; Masías Meza, J. J.; Mathes, H. J.; Mathys, S.; Matthews, J.; Matthews, J. A. J.; Matthiae, G.; Mayotte, E.; Mazur, P. O.; Medina, C.; Medina-Tanco, G.; Melo, D.; Menshikov, A.; Messina, S.; Micheletti, M. I.; Middendorf, L.; Minaya, I. A.; Miramonti, L.; Mitrica, B.; Mockler, D.; Molina-Bueno, L.; Mollerach, S.; Montanet, F.; Morello, C.; Mostafá, M.; Müller, G.; Muller, M. A.; Müller, S.; Naranjo, I.; Nellen, L.; Neuser, J.; Nguyen, P. H.; Niculescu-Oglinzanu, M.; Niechciol, M.; Niemietz, L.; Niggemann, T.; Nitz, D.; Nosek, D.; Novotny, V.; Nožka, H.; Núñez, L. A.; Ochilo, L.; Oikonomou, F.; Olinto, A.; Pakk Selmi-Dei, D.; Palatka, M.; Pallotta, J.; Papenbreer, P.; Parente, G.; Parra, A.; Paul, T.; Pech, M.; Pedreira, F.; Pękala, J.; Pelayo, R.; Peña-Rodriguez, J.; Pereira, L. A. S.; Perrone, L.; Peters, C.; Petrera, S.; Phuntsok, J.; Piegaia, R.; Pierog, T.; Pieroni, P.; Pimenta, M.; Pirronello, V.; Platino, M.; Plum, M.; Porowski, C.; Prado, R. R.; Privitera, P.; Prouza, M.; Quel, E. J.; Querchfeld, S.; Quinn, S.; Ramos-Pollan, R.; Rautenberg, J.; Ravignani, D.; Reinert, D.; Revenu, B.; Ridky, J.; Risse, M.; Ristori, P.; Rizi, V.; Rodrigues de Carvalho, W.; Rodriguez Fernandez, G.; Rodriguez Rojo, J.; Rogozin, D.; Roth, M.; Roulet, E.; Rovero, A. C.; Saffi, S. J.; Saftoiu, A.; Salazar, H.; Saleh, A.; Salesa Greus, F.; Salina, G.; Sanabria Gomez, J. D.; Sánchez, F.; Sanchez-Lucas, P.; Santos, E. M.; Santos, E.; Sarazin, F.; Sarkar, B.; Sarmento, R.; Sarmiento, C. A.; Sato, R.; Schauer, M.; Scherini, V.; Schieler, H.; Schimp, M.; Schmidt, D.; Scholten, O.; Schovánek, P.; Schröder, F. G.; Schulz, A.; Schulz, J.; Schumacher, J.; Sciutto, S. J.; Segreto, A.; Settimo, M.; Shadkam, A.; Shellard, R. C.; Sigl, G.; Silli, G.; Sima, O.; Śmiałkowski, A.; Šmída, R.; Snow, G. R.; Sommers, P.; Sonntag, S.; Sorokin, J.; Squartini, R.; Stanca, D.; Stanič, S.; Stasielak, J.; Stassi, P.; Strafella, F.; Suarez, F.; Suarez Durán, M.; Sudholz, T.; Suomijärvi, T.; Supanitsky, A. D.; Swain, J.; Szadkowski, Z.; Taboada, A.; Taborda, O. A.; Tapia, A.; Theodoro, V. M.; Timmermans, C.; Todero Peixoto, C. J.; Tomankova, L.; Tomé, B.; Torralba Elipe, G.; Torres Machado, D.; Torri, M.; Travnicek, P.; Trini, M.; Ulrich, R.; Unger, M.; Urban, M.; Valdés Galicia, J. F.; Valiño, I.; Valore, L.; van Aar, G.; van Bodegom, P.; van den Berg, A. M.; van Vliet, A.; Varela, E.; Vargas Cárdenas, B.; Varner, G.; Vázquez, J. R.; Vázquez, R. A.; Veberič, D.; Vergara Quispe, I. D.; Verzi, V.; Vicha, J.; Villaseñor, L.; Vorobiov, S.; Wahlberg, H.; Wainberg, O.; Walz, D.; Watson, A. A.; Weber, M.; Weindl, A.; Wiencke, L.; Wilczyński, H.; Winchen, T.; Wittkowski, D.; Wundheiler, B.; Wykes, S.; Yang, L.; Yelos, D.; Yushkov, A.; Zas, E.; Zavrtanik, D.; Zavrtanik, M.; Zepeda, A.; Zimmermann, B.; Ziolkowski, M.; Zong, Z.; Zuccarello, F.

On September 14, 2015 the Advanced LIGO detectors observed their first gravitational wave (GW) transient GW150914. This was followed by a second GW event observed on December 26, 2015. Both events were inferred to have arisen from the merger of black holes in binary systems. Such a system may emit neutrinos if there are magnetic fields and disk debris remaining from the formation of the two black holes. With the surface detector array of the Pierre Auger Observatory we can search for neutrinos with energy Eν above 100 PeV from point like sources across the sky with equatorial declination from about -65° to +60°, and, in particular, from a fraction of the 90% confidence-level inferred positions in the sky of GW150914 and GW151226. A targeted search for highly inclined extensive air showers, produced either by interactions of downward-going neutrinos of all flavors in the atmosphere or by the decays of tau leptons originating from tau-neutrino interactions in the Earth’s crust (Earth-skimming neutrinos), yielded no candidates in the Auger data collected within ±500 s around or 1 day after the coordinated universal time (UTC) of GW150914 and GW151226, as well as in the same search periods relative to the UTC time of the GW candidate event LVT151012. As a result, from the non-observation we constrain the amount of energy radiated in ultrahigh-energy neutrinos from such remarkable events.

• Research Organization: Fermi National Accelerator Laboratory (FNAL), Batavia, IL (United States)
• Sponsoring Organization: USDOE Office of Science (SC), High Energy Physics (HEP)
• Contributing Organization: Pierre Auger Collaboration
• Grant/Contract Number: AC02-07CH11359; FR02-04ER41300; FG02-99ER41107; SC0011689
• OSTI ID: 1341883
• Alternate ID(s): OSTI ID: 1338125
• Report Number(s): FERMILAB-PUB-16-337-AD-AE-CD-TD; arXiv:1608.07378; PRVDAQ; 1484143; TRN: US1701066
• Journal Information: Physical Review D, Vol. 94, Issue 12; ISSN 2470-0010
• Publisher: American Physical Society (APS)
• Country of Publication: United States
• Language: English

Related Subjects

79 ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS
ultrahigh-energy cosmic rays and neutrinos
gravitational waves
high-energy showers
detector arrays
Pierre Auger Observatory