Search for Neutrino Emission from Hard X-Ray AGN with IceCube

Abstract

Abstract Active galactic nuclei (AGN) are promising candidate sources of high-energy astrophysical neutrinos, since they provide environments rich in matter and photon targets where cosmic-ray interactions may lead to the production of gamma rays and neutrinos. We searched for high-energy neutrino emission from AGN using the Swift-BAT Spectroscopic Survey catalog of hard X-ray sources and 12 yr of IceCube muon track data. First, upon performing a stacked search, no significant emission was found. Second, we searched for neutrinos from a list of 43 candidate sources and found an excess from the direction of two sources, the Seyfert galaxies NGC 1068 and NGC 4151. We observed NGC 1068 at flux <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>ϕ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>ν</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>μ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi>ν</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>μ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> = <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mn>4.0</mml:mn> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>1.52</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>1.58</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>11</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> TeV −1 cm −2 s −1 normalized at 1 TeV, with a power-law spectral index γ = 3.10 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.22</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.26</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> , consistent with previous IceCube results. The observation of a neutrino excess from the direction of NGC 4151 is at a posttrial significance of 2.9 σ . If interpreted as an astrophysical signal, the excess observed from NGC 4151 corresponds to a flux <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>ϕ</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi>ν</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>μ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mover accent="true"> <mml:mrow> <mml:mi>ν</mml:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>¯</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mover> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>μ</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> = <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mn>1.5</mml:mn> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.81</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.99</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>11</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> TeV −1 cm −2 s −1 normalized at 1 TeV and γ = 2.83 <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:msubsup> <mml:mrow/> <mml:mrow> <mml:mo>−</mml:mo> <mml:mn>0.28</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mn>0.35</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:math> .