Neutrino production in Population III microquasars

Abstract

Contexto Los microcuásares de población III (Pop III MQs) pudieron haber sido uno de los principales contribuyentes al proceso de reionización del medio intergaláctico. Se cree que las estrellas de población III fueron formadas a corrimientos al rojo altos, aproximadamente v ~ 20 30, lo cual impide la posibilidad de detectar rayos gamma de muy alta energía (E > 100 GeV); y por lo contrario, los neutrinos podrían ser detectados en la actualidad, debido a que solo sufren interacciones débiles. Objetivo Desarrollamos un modelo para la producción de neutrinos en Pop III MQs y comparamos el flujo difuso obtenido con los datos disponibles del telescopio de neutrinos IceCube. Método Resolvemos ecuaciones de transporte para obtener las distribuciones de partículas en diferentes zonas consideradas a lo largo de los chorros. Calculamos las distribuciones de partículas primarias (esto es protones y electrones) en cada zona, las cuáles se enfrían debido a procesos radiativos y a la interacción con otras partículas blanco, para dar una distribución de partículas secundarias (esto es muones y piones). Luego, obtenemos las distribuciones de muones y piones y calculamos sus decaimientos, que nos permiten calcular la producción de neutrinos. Finalmente, integramos con respecto al corrimiento al rojo z y con respecto al ángulo con la visual, para obtener el flujo difuso de neutrinos que podría ser observado desde la Tierra.

Context Population III microquasars (Pop III MQs) may have been one of the main contributors to the reionization of the intergalactic medium. It is thought that PopIII stars were formed at redshifts z ~ 20 30, which prevents the possibility of detecting gamma rays of very high energy (E > 100 GeV). Conversely, it would be possible to detect neutrinos at the present, since they interact with matter only via the weak interaction. Aims We develop a model that accounts for neutrino production in Pop III MQs and compare the diffuse neutrino fluxes obtained with the available data from IceCube neutrino telescope. Method We solve transport equations to obtain the particle distributions at the different zones considered along the jets. We compute the distributions of primary particles (i.e. protons and electrons) in each zone, which cool down due to radiative processes and also interact with other particle targets, to give a distribution of secondary particles (i.e. muons and pions). We then obtain the muon and pion distributions and compute their decays, from which we obtain a neutrino output. Finally, we integrate with respect to the redshift z and over the line-of-sight angle in order to obtain the diffuse neutrino flux that may be observed from the Earth.