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Search for neutrino counterparts to the gravitational wave sources from O3 catalogues with the ANTARES detector

Authors :
Albert, A.
Alves, S.
André, M.
Ardid, M.
Ardid, S.
Aubert, J.-J.
Aublin, J.
Baret, B.
Basa, S.
Becherini, Y.
Belhorma, B.
Bendahman, M.
Benfenati, F.
Bertin, V.
Biagi, S.
Bissinger, M.
Boumaaza, J.
Bouta, M.
Bouwhuis, M.C.
Brânzaş, H.
Bruijn, R.
Brunner, J.
Busto, J.
Caiffi, B.
Calvo, D.
Campion, S.
Capone, A.
Caramete, L.
Carenini, F.
Carr, J.
Carretero, V.
Celli, S.
Cerisy, L.
Chabab, M.
Chau, T.N.
Cherkaoui El Moursli, R.
Chiarusi, T.
Circella, M.
Coelho, J.A.B.
Coleiro, A.
Coniglione, R.
Coyle, P.
Creusot, A.
Cruz, A.S.M.
Díaz, A.F.
de Martino, B.
Distefano, C.
Di Palma, I.
Domi, A.
Donzaud, C.
Dornic, D.
Drouhin, D.
Eberl, T.
van Eeden, T.
van Eijk, D.
El Hedri, S.
Khayati, N. El
Enzenhöfer, A.
Fermani, P.
Ferrara, G.
Filippini, F.
Fusco, L.
Gagliardini, S.
García, J.
Oliver, C. Gatius
Gay, P.
Geißelbrecht, N.
Glotin, H.
Gozzini, R.
Ruiz, R. Gracia
Graf, K.
Guidi, C.
Haegel, L.
Hallmann, S.
van Haren, H.
Heijboer, A.J.
Hello, Y.
Hernández-Rey, J.J.
Hößl, J.
Hofestädt, J.
Huang, F.
Illuminati, G.
James, C.W.
Jisse-Jung, B.
de Jong, M.
de Jong, P.
Kadler, M.
Kalekin, O.
Katz, U.
Kouchner, A.
Kreykenbohm, I.
Kulikovskiy, V.
Lahmann, R.
Lamoureux, M.
Lazo, A.
Lefèvre, D.
Leonora, E.
Levi, G.
Stum, S. Le
Lopez-Coto, D.
Loucatos, S.
Maderer, L.
Manczak, J.
Marcelin, M.
Margiotta, A.
Marinelli, A.
Martínez-Mora, J.A.
Migliozzi, P.
Moussa, A.
Muller, R.
Nauta, L.
Navas, S.
Nezri, E.
Fearraigh, B.Ó.
Păun, A.
Păvălaş, G.E.
Perrin-Terrin, M.
Pestel, V.
Piattelli, P.
Poirè, C.
Popa, V.
Pradier, T.
Randazzo, N.
Real, D.
Reck, S.
Riccobene, G.
Romanov, A.
Sánchez-Losa, A.
Saina, A.
Salesa Greus, F.
Samtleben, D.F.E.
Sanguineti, M.
Sapienza, P.
Schnabel, J.
Schumann, J.
Schüssler, F.
Seneca, J.
Spurio, M.
Stolarczyk, Th.
Taiuti, M.
Tayalati, Y.
Tingay, S.J.
Vallage, B.
Vannoye, G.
van Elewyck, V.
Viola, S.
Vivolo, D.
Wilms, J.
Zavatarelli, S.
Zegarelli, A.
Zornoza, J.D.
Zúñiga, J.
Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien (IPHC)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))
Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM)
Aix Marseille Université (AMU)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
AstroParticule et Cosmologie (APC (UMR_7164))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Observatoire de Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM)
Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)
Laboratoire de Physique de Clermont (LPC)
Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Clermont Auvergne (UCA)
Laboratoire d'Informatique et Systèmes (LIS)
Aix Marseille Université (AMU)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Géoazur (GEOAZUR 7329)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur
COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [France-Sud])
Institut méditerranéen d'océanologie (MIO)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Recherches sur les lois Fondamentales de l'Univers (IRFU)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay
Institut Universitaire de France (IUF)
Ministère de l'Education nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (M.E.N.E.S.R.)
ANTARES
Source :
JCAP, JCAP, 2023, 04, pp.004. ⟨10.1088/1475-7516/2023/04/004⟩
Publication Year :
2023
Publisher :
HAL CCSD, 2023.

Abstract

International audience; Since 2015 the LIGO and Virgo interferometers have detected gravitational waves from almost one hundred coalescences of compact objects (black holes and neutron stars). This article presents the results of a search performed with data from the ANTARES telescope to identify neutrino counterparts to the gravitational wave sources detected during the third LIGO/Virgo observing run and reported in the catalogues GWTC-2, GWTC-2.1, and GWTC-3. This search is sensitive to all-sky neutrinos of all flavours and of energies $>100\,$GeV, thanks to the inclusion of both track-like events (mainly induced by $\nu_\mu$ charged-current interactions) and shower-like events (induced by other interaction types). Neutrinos are selected if they are detected within $\pm 500\,$s from the GW merger and with a reconstructed direction compatible with its sky localisation. No significant excess is found for any of the 80 analysed GW events, and upper limits on the neutrino emission are derived. Using the information from the GW catalogues and assuming isotropic emission, upper limits on the total energy $E_{\rm tot, \nu}$ and on the fraction of the total energy budget $f_\nu = E_{\rm tot, \nu}/E_{\rm rad}$ emitted as neutrinos of all flavours are also computed. Finally, a stacked analysis of all the 72 binary black hole mergers (respectively the 7 neutron star - black hole merger candidates) has been performed to constrain the typical neutrino emission within this population, leading to the limits: $E_{\rm tot, \nu} < 4.0 \times 10^{53}\,$erg and $f_\nu < 0.15$ (respectively, $E_{\rm tot, \nu} < 3.2 \times 10^{53}\,$erg and $f_\nu < 0.88$) for $E^{-2}$ spectrum and isotropic emission. Other assumptions including softer spectra and non-isotropic scenarios have also been tested.

Details

Language :
English
Database :
OpenAIRE
Journal :
JCAP, JCAP, 2023, 04, pp.004. ⟨10.1088/1475-7516/2023/04/004⟩
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..b606fa591184f5ca997052275c824973