IceCube 的中微子：河外中微子天体物理学的开端？

IceCube 在 50 TeV 至 2 PeV 之间探测到的超额中微子信号的通量、能谱和角分布与银河系源预期的结果不一致。该超额信号 $E_\nu^2\Phi_\nu=3.6\pm1.2\times10^{-8}(GeV/ cm^2 sr s)$ 与 Waxman-Bahcall (WB) 界限 $E_\nu^2\Phi_{WB}=3.4\times10^{-8}(GeV/cm^2 sr s)$ 的吻合可能是揭示 IceCube 中微子起源的线索。对此吻合最自然的解释是：中微子超额与超高能（$>10^{19}$ eV）宇宙线（UHECR）通量均由同一类宇宙学分布的源产生；这些源在从 $10^{15}$ eV 到 $>10^{20}$ eV 的宽能区内，以相似的速率 $E^2 dQ/dE=0.5\times10^{44}(erg/Mpc^3yr)$（在 z=0 处）产生宇宙线（可能是质子）；且它们 residing 于某些环境（如星暴星系）中，使得刚度 $E/Z< 10^{17}$ eV 的宇宙线因 pion 产生而损失大部分能量。识别中微子源将有助于识别 UHECR 加速器，解决与加速器模型相关的开放问题，并以比目前高出许多数量级的精度研究中微子性质（例如与味振荡和引力耦合相关的性质）。识别源的最有前景的方法是将中微子与其产生过程中伴随的瞬变事件的电磁信号相关联。源内产生的中微子通量（从而可能与瞬变事件直接关联）可能显著低于观测到的总中微子通量，后者可能主要由源所在环境中的中微子产生所主导。