The KM3NeT potential for the next core-collapse supernova observation with neutrinos

S. Aiello; A. Albert; S. Alves Garre; Z. Aly; A. Ambrosone; F. Ameli; M. Andre; G. Androulakis; M. Anghinolfi; M. Anguita; G. Anton; M. Ardid; S. Ardid; J. Aublin; C. Bagatelas; B. Baret; S. Basegmez Du Pree; M. Bendahman; F. Benfenati; E. Berbee; A.M. van den Berg; V. Bertin; S. Biagi; M. Bissinger; M. Boettcher; M. Bou Cabo; J. Boumaaza; M. Bouta; M. Bouwhuis; C. Bozza; H. Brânza¸s; R. Bruijn; J. Brunner; E. Buis; R. Buompane; J. Busto; B. Caiffi; D. Calvo; A. Capone; V. Carretero; P. Castaldi; S. Celli; M. Chabab; N. Chau; A. Chen; S. Cherubini; V. Chiarella; T. Chiarusi; M. Circella; R. Cocimano; J.A.B. Coelho; A. Coleiro; M. Colomer Molla; R. Coniglione; P. Coyle; A. Creusot; G. Cuttone; R. Dallier; B. de Martino; M. de Palma; M. Di Marino; I. Di Palma; A.F. Diaz; D. Diego-Tortosa; C. Distefano; A. Domi; C. Donzaud; D. Dornic; M. Dörr; D. Drouhin; T. Eberl; A. Eddyamoui; T. van Eeden; D. van Eijk; I. El Bojaddaini; D. Elsaesser; A. Enzenhöfer; V. Espinosa; P. Fermani; G. Ferrara; M.D. Filipovic; F. Filippini; L.A. Fusco; O. Gabella; T. Gal; A. Garcia Soto; F. Garufi; Y. Gatelet; N. Geisselbrecht; L. Gialanella; E. Giorgio; S.R. Gozzini; R. Gracia; K. Graf; D. Grasso; G. Grella; D. Guderian; C. Guidi; J. Haefner; H. Hamdaoui; H. van Haren; A. Heijboer; A. Hekalo; L. Hennig; J.J. Hernandez-Rey; J. Hofestädt; F. Huang; W. Idrissi Ibnsalih; G. Illuminati; C.W. James; M. de Jong; P. de Jong; B.J. Jung; M. Kadler; P. Kalaczynski; O. Kalekin; U.F. Katz; N.R. Khan Chowdhury; G. Kistauri; F. van Der Knaap; P. Kooijman; A. Kouchner; M. Kreter; V. Kulikovskiy; R. Lahmann; M. Lamoureux; G. Larosa; R. Le Breton; S. Le Stum; O. Leonardi; F. Leone; E. Leonora; N. Lessing; G. Levi; M. Lincetto; M. Lindsey Clark; T. Lipreau; F. Longhitano; D. Lopez-Coto; L. Maderer; J. Manczak; K. Mannheim; A. Margiotta; A. Marinelli; C. Markou; L. Martin; J.A. Martinez-Mora; A. Martini; F. Marzaioli; S. Mastroianni; S. Mazzou; K.W. Melis; G. Miele; P. Migliozzi; E. Migneco; P. Mijakowski; L.S. Miranda; C.M. Mollo; M. Morganti; M. Moser; A. Moussa; R. Muller; M. Musumeci; L. Nauta; S. Navas; C.A. Nicolau; B.O. Fearraigh; M. O'Sullivan; M. Organokov; A. Orlando; J. Palacios Gonzalez; G. Papalashvili; R. Papaleo; G. Passaro; C. Pastore; A.M. P˘aun; G.E. Pavalas; C. Pellegrino; M. Perrin-Terrin; V. Pestel; P. Piattelli; C. Pieterse; K. Pikounis; O. Pisanti; C. Poirè; V. Popa; T. Pradier; G. Pühlhofer; S. Pulvirenti; O. Rabyang; F. Raffaelli; N. Randazzo; S. Razzaque; D. Real; S. Reck; G. Riccobene; S. Rivoire; A. Romanov; A. Rovelli; F. Salesa Greus; D.F.E. Samtleben; A. Sanchez Losa; M. Sanguineti; A. Santangelo; D. Santonocito; P. Sapienza; J. Schnabel; M.F. Schneider; J. Schumann; H.M. Schutte; J. Seneca; I. Sgura; R. Shanidze; A. Sharma; F. Simeone; A. Sinopoulou; B. Spisso; M. Spurio; D. Stavropoulos; S.M. Stellacci; M. Taiuti; Y. Tayalati; E. Tenllado; T. Thakore; H. Thiersen; S. Tingay; V. Tsourapis; E. Tzamariudaki; D. Tzanetatos; T. Unbehaun; V. van Elewyck; G. Vannoye; George Vasileiadis; F. Versari; S. Viola; D. Vivolo; G. de Wasseige; J. Wilms; R. Wojaczynski; E. de Wolf; S. Zavatarelli; A. Zegarelli; D. Zito; J.D. Zornoza; J. Zuñiga; N. Zywucka

doi:10.1140/epjc/s10052-021-09187-5

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The KM3NeT potential for the next core-collapse supernova observation with neutrinos

Article de revue

Open Access

Avec comité de lecture

The KM3NeT potential for the next core-collapse supernova observation with neutrinos

S. Aiello, A. Albert, S. Alves Garre, Z. Aly, A. Ambrosone, F. Ameli, M. Andre, G. Androulakis, M. Anghinolfi, M. Anguita, …

European Physical Journal C: Particles and Fields, Vol.81(5)

2021

DOI: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-021-09187-5

Résumé

tube

cloud

galaxy

optical

horizon

spectral

Cherenkov

accretion

signature

stability

oscillation

water

background

photomultiplier

supernova: collapse

neutrino: flux

neutrino: burst

neutrino: detector

KM3NeT: sensitivity

The KM3NeT research infrastructure is under construction in the Mediterranean Sea. It consists of two water Cherenkov neutrino detectors, ARCA and ORCA, aimed at neutrino astrophysics and oscillation research, respectively. Instrumenting a large volume of sea water with $\sim {6200}$ optical modules comprising a total of $\sim {200{,}000}$ photomultiplier tubes, KM3NeT will achieve sensitivity to $\sim {10} \ \mathrm{MeV}$ neutrinos from Galactic and near-Galactic core-collapse supernovae through the observation of coincident hits in photomultipliers above the background. In this paper, the sensitivity of KM3NeT to a supernova explosion is estimated from detailed analyses of background data from the first KM3NeT detection units and simulations of the neutrino signal. The KM3NeT observational horizon (for a $5\,\sigma $ discovery) covers essentially the Milky-Way and for the most optimistic model, extends to the Small Magellanic Cloud ($\sim {60} \ \mathrm{kpc}$). Detailed studies of the time profile of the neutrino signal allow assessment of the KM3NeT capability to determine the arrival time of the neutrino burst with a few milliseconds precision for sources up to 5–8 kpc away, and detecting the peculiar signature of the standing accretion shock instability if the core-collapse supernova explosion happens closer than 3–5 kpc, depending on the progenitor mass. KM3NeT’s capability to measure the neutrino flux spectral parameters is also presented.

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Détails

Titre: The KM3NeT potential for the next core-collapse supernova observation with neutrinos
Créateurs - sans rôle: S. Aiello - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Catania
A. Albert - Université de Strasbourg
S. Alves Garre - Instituto de Física Corpuscular
Z. Aly - Centre National de la Recherche Scientifique
A. Ambrosone - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli
F. Ameli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
M. Andre - Universitat Politècnica de Catalunya
G. Androulakis - National Centre of Scientific Research "Demokritos"
M. Anghinolfi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
M. Anguita - Universidad de Granada
G. Anton - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. Ardid - Universitat Politècnica de València
S. Ardid - Universitat Politècnica de València
J. Aublin - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
C. Bagatelas - National Centre of Scientific Research "Demokritos"
B. Baret - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
S. Basegmez Du Pree
M. Bendahman - Mohammed V University
F. Benfenati - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
E. Berbee - National Institute for Subatomic Physics
A.M. van den Berg - University of Groningen
V. Bertin - Centre National de la Recherche Scientifique
S. Biagi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
M. Bissinger - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
M. Boettcher - North-West University
M. Bou Cabo
J. Boumaaza - Mohammed V University
M. Bouta - Mohamed I University
M. Bouwhuis - National Institute for Subatomic Physics
C. Bozza - University of Salerno
H. Brânza¸s
R. Bruijn - National Institute for Subatomic Physics
J. Brunner - Aix-Marseille Université
E. Buis - Netherlands Organisation for Applied Scientific Research
R. Buompane - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli
J. Busto - Aix-Marseille Université
B. Caiffi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
D. Calvo - Instituto de Física Corpuscular
A. Capone - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
V. Carretero - Instituto de Física Corpuscular
P. Castaldi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
S. Celli - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
M. Chabab - Cadi Ayyad University
N. Chau - AstroParticule et Cosmologie
A. Chen - University of the Witwatersrand
S. Cherubini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
V. Chiarella - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati
T. Chiarusi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
M. Circella - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
R. Cocimano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
J.A.B. Coelho - Centre National de la Recherche Scientifique
A. Coleiro - Centre National de la Recherche Scientifique
M. Colomer Molla - AstroParticule et Cosmologie
R. Coniglione - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
P. Coyle - Aix-Marseille Université
A. Creusot - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
G. Cuttone - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
R. Dallier - Centre National de la Recherche Scientifique
B. de Martino - Aix-Marseille Université
M. de Palma - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bari
M. Di Marino - University of Salerno
I. Di Palma - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
A.F. Diaz - Universidad de Granada
D. Diego-Tortosa - Universitat Politècnica de València
C. Distefano - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
A. Domi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
C. Donzaud - Laboratoire AstroParticule et Cosmologie
D. Dornic - Aix-Marseille Université
M. Dörr - University of Würzburg
D. Drouhin - Centre National de la Recherche Scientifique
T. Eberl - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
A. Eddyamoui - Mohammed V University
T. van Eeden - National Institute for Subatomic Physics
D. van Eijk - National Institute for Subatomic Physics
I. El Bojaddaini
D. Elsaesser - Fischer
A. Enzenhöfer - Centre National de la Recherche Scientifique
V. Espinosa - Universitat Politècnica de València
P. Fermani - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
G. Ferrara - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
M.D. Filipovic - Western Sydney University
F. Filippini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Bologna
L.A. Fusco - Aix-Marseille Université
O. Gabella - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
T. Gal - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
A. Garcia Soto
F. Garufi - University of Naples Federico II
Y. Gatelet - Université Paris Cité
N. Geisselbrecht
L. Gialanella - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Napoli
E. Giorgio - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Laboratori Nazionali del Sud
S.R. Gozzini - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma I
R. Gracia - National Institute for Subatomic Physics
K. Graf - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
D. Grasso - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa
G. Grella - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Gruppo Collegato di Salerno
D. Guderian - University of Münster
C. Guidi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Genova
J. Haefner - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
H. Hamdaoui - Mohammed V University
H. van Haren
A. Heijboer
A. Hekalo
L. Hennig
J.J. Hernandez-Rey
J. Hofestädt
F. Huang - Centre de physique des particules de Marseille
W. Idrissi Ibnsalih
G. Illuminati - AstroParticule et Cosmologie
C.W. James
M. de Jong
P. de Jong
B.J. Jung
M. Kadler
P. Kalaczynski
O. Kalekin
U.F. Katz
N.R. Khan Chowdhury
G. Kistauri
F. van Der Knaap
P. Kooijman
A. Kouchner - Institut Universitaire de France
M. Kreter
V. Kulikovskiy
R. Lahmann
M. Lamoureux - AstroParticule et Cosmologie
G. Larosa
R. Le Breton - AstroParticule et Cosmologie
S. Le Stum - Centre de physique des particules de Marseille
O. Leonardi
F. Leone
E. Leonora
N. Lessing
G. Levi
M. Lincetto - Centre de physique des particules de Marseille
M. Lindsey Clark - AstroParticule et Cosmologie
T. Lipreau - Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées
F. Longhitano
D. Lopez-Coto
L. Maderer - AstroParticule et Cosmologie
J. Manczak
K. Mannheim
A. Margiotta
A. Marinelli
C. Markou
L. Martin - Laboratoire de Physique Subatomique et des Technologies Associées
J.A. Martinez-Mora
A. Martini
F. Marzaioli
S. Mastroianni
S. Mazzou
K.W. Melis
G. Miele
P. Migliozzi
E. Migneco
P. Mijakowski
L.S. Miranda
C.M. Mollo
M. Morganti
M. Moser
A. Moussa
R. Muller
M. Musumeci
L. Nauta
S. Navas
C.A. Nicolau
B.O. Fearraigh
M. O'Sullivan
M. Organokov - Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien
A. Orlando
J. Palacios Gonzalez
G. Papalashvili
R. Papaleo
G. Passaro
C. Pastore
A.M. P˘aun
G.E. Pavalas
C. Pellegrino
M. Perrin-Terrin - Centre de physique des particules de Marseille
V. Pestel
P. Piattelli
C. Pieterse
K. Pikounis
O. Pisanti
C. Poirè
V. Popa
T. Pradier - Institut Pluridisciplinaire Hubert Curien
G. Pühlhofer
S. Pulvirenti
O. Rabyang
F. Raffaelli
N. Randazzo
S. Razzaque
D. Real
S. Reck
G. Riccobene
S. Rivoire - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
A. Romanov
A. Rovelli
F. Salesa Greus
D.F.E. Samtleben
A. Sanchez Losa
M. Sanguineti
A. Santangelo
D. Santonocito
P. Sapienza
J. Schnabel
M.F. Schneider
J. Schumann
H.M. Schutte
J. Seneca
I. Sgura
R. Shanidze
A. Sharma
F. Simeone
A. Sinopoulou
B. Spisso
M. Spurio
D. Stavropoulos
S.M. Stellacci
M. Taiuti
Y. Tayalati
E. Tenllado
T. Thakore
H. Thiersen
S. Tingay
V. Tsourapis
E. Tzamariudaki
D. Tzanetatos
T. Unbehaun
V. van Elewyck - Institut Universitaire de France
G. Vannoye
George Vasileiadis - Université de Montpellier, Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
F. Versari
S. Viola
D. Vivolo
G. de Wasseige - AstroParticule et Cosmologie
J. Wilms
R. Wojaczynski
E. de Wolf
S. Zavatarelli
A. Zegarelli
D. Zito
J.D. Zornoza
J. Zuñiga
N. Zywucka
Détails de publication: European Physical Journal C: Particles and Fields, Vol.81(5)
Identifiants: 99152122009311
Unité académique: Laboratoire Univers et Particules de Montpellier - LUPM
Langue: English
Type de ressource: Journal article
Champs locaux: hal-03210328