来自 Pop III 恒星的 UHE 中微子：概念与约束

结合现代对 Pop III 恒星作用及超新星激波中粒子加速的理解，我们重新审视了最初于 1977 年提出的“明亮相”中微子产生模型。我们重点关注伴随 Pop III 恒星死亡的超新星爆炸中宇宙学 UHE 中微子的产生。被加速的质子在与 CMB 光子的碰撞中产生中微子。我们有意采用简化假设以使结果透明。假设 Pop III 恒星负责 WMAP 观测到的宇宙再电离。由于 Pop III 恒星的演化远快于 Hubble 膨胀率，我们考虑 UHE 质子产生爆发发生在固定红移处（z_b=10-20）。我们讨论了早期宇宙中无碰撞激波的形成与粒子加速。预期被加速粒子的成分以质子为主。我们给出了一个简单计算，以说明来自明亮相爆发的弥漫中微子通量集中在 $7.5 \times 10^{15}(20/z_b)^2$ eV 附近一个相对狭窄的范围内。$\nu_\mu$ 通量有可能被 IceCube 探测到，且不违反级联上限以及与 Pop III 恒星相关的 SNe 的预期能量学。Pop III 恒星中微子产生的一个可能特征可能是共振中微子事件的探测。对于 $z_b=20$ 处的爆发以及处于级联上限的 $\bar{\nu}_e$ 通量，IceCube 在 5 年观测中的共振事件数可能高达 10 个。这些事件具有相等的能量，$E=6.3\times 10^{15}$ eV，以电磁级联形式出现。鉴于现有对 UHE 宇宙学中微子通量预测存在较大不确定性，我们认为来自第一代恒星的中微子可能成为 UHE 中微子天文学最可靠的希望之一。