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Search for neutrino emission in coincidence with the gravitational wave event detected by the LIGO observatories

On September 14th, 2015, a gravitational wave was recorded by the LIGO detectors. A search for high-energy neutrino emission in coincidence with this event was performed, using the data recorded by the ANTARES and IceCube neutrino telescopes. No neutrino was found, establishing the first experimental limit to the joint production of neutrinos from a gravitational wave source
The region of the GW. Crosses are 3 events within 500 seconds from the gravitational wave likely due to the atmospheric background.

On September 14th, 2015, at 9:50:45 UTC, a gravitational wave was detected by the LIGO interferometers. This event, labeled as GW150914, represents one of the most outstanding discoveries of the last century. It was likely produced by the merger of two black holes, with a mass of about 30 solar masses each, at a distance of 410 Mpc.

The merger of neutron stars, black holes and the collapse of massive stellar core are potential sources of gravitational waves. During these events a relativistic outflow may be observed as gamma ray bursts and high energy neutrino emission.

Neutrino telescopes like ANTARES in the Mediterranean Sea and IceCube at the South Pole can detect neutrinos with an angular resolution better than 1°, providing accurate directional information.

A high-energy neutrino follow-up of GW150914 was carried out using the data recorded by ANTARES and IceCube. No neutrino was found temporally and directionally coincident with the gravitational wave event. Three events were found temporally concurrent within 500s, over an expected atmospheric background of 4.4 events, with no directional coincidence.

The present result represents the first experimental limit on neutrino emission from a gravitational wave source and the first neutrino follow-up of a gravitational wave event. The publication describing this search is available on arXiv.

[The image shows the region of the gravitational wave. Different colours indicate different confidence level.The green crosses are 3 events as detected by the ANTARES and IceCube neutrino telescopes within 500 seconds from the gravitational wave. None of them comes from the coloured region and are likely due to the atmospheric background. Equatorial coordinates are used in the map.]

Ricerca di neutrini di alta energia in coincidenza con l’evento di onde gravitazionali osservato dall’interferometro LIGO

Il 14 settembre 2015 un’onda gravitazionale è stata registrata dall’osservatorio LIGO. Utilizzando i dati dei telescopi di neutrini ANTARES e IceCube sono stati cercati neutrini di alta energia associati all’evento. Non è stato identificato alcun neutrino in coincidenza ed è stato possibile stabilire il primo limite sperimentale sulla produzione di neutrini da sorgenti di onde gravitazionali.

Il 14 settembre 2015, alle 9:50:45 UTC, l’osservatorio LIGO ha rivelato il passaggio di un’onda gravitazionale. Questo evento, denominato GW150914, rappresenta una delle scoperte più importanti di questo ultimo secolo. Probabilmente è stato prodotto dalla coalescenza di due buchi neri ciascuno dei quali con una massa prossima a 30 masse solari, ad una distanza di circa 410 Mpc.

La coalescenza di stelle di neutroni e di buchi neri e il collasso di stelle massicce costituiscono sorgenti potenziali di onde gravitazionali. Durante questi eventi si può assistere all’emissione di flussi di energia sotto forma di lampi di raggi gamma (GRB) e di neutrini di alta energia.

Telescopi per neutrino come ANTARES nel Mar Mediterraneo e IceCube al Polo Sud posso rivelare neutrini con una risoluzione angolare migliore di 1°, fornendo informazioni accurate sulla direzione della sorgente.

Utilizzando i dati raccolti da ANTARES e IceCube è stata condotta una ricerca di neutrini di alta energia conseguenti all’evento GW150914. Non è stato identificato alcun neutrino in coincidenza spazio-temporale con l’onda gravitazionale. Entro 500 secondi dall’evento, sono stati identificati tre segnali, mostrati nella figura, da confrontare con 4.4 eventi attesi dovuti al fondo atmosferico, non in coincidenza spaziale.

Il risultato ottenuto rappresenta il primo limite sperimentale sulla emissione di neutrini da una sorgente di onde gravitazionali e la prima ricerca di neutrini associati ad un evento di onda gravitazionale. L’articolo che descrive questa analisi è disponibile su arXiv.

[L’immagine mostra la regione di provenienza dell’onda gravitazionale misurata dall’osservatorio LIGO. I diversi colori che la delimitano indicano diversi livelli di confidenza. Le croci verdi mostrano 3 eventi individuati da telescopi di neutrini entro 500 secondi dall’onda gravitazionale e dovuti probabilmente a eventi di fondo atmosferico. La mappa è in coordinate equatoriali.]

Contatti

Annarita Margiotta

Professoressa associata

Dipartimento di Fisica e Astronomia - DIFA

Viale Berti Pichat 6/2

Bologna (BO)

tel: +39 051 20 9 5226

Informazioni aggiuntive
Local team coordinator

Maurizio Spurio

Professore associato confermato

Dipartimento di Fisica e Astronomia - DIFA

Viale Berti Pichat 6/2

Bologna (BO)

tel: +39 051 20 9 5248

Informazioni aggiuntive
ANTARES Deputy Spokesman