High-energy neutrino emission from binary X-ray sources

Summary Recently γ-rays up to 10¹⁶ eV were observed from Cyg X3, Vela X1 and LMC X4. This is a strong indication that protons (or nuclei) are accelerated in the vicinity of the accreting pulsar. We discuss in this paper the production of high-energy neutrinos associated with the γ-ray production. We show that on the basis of observational parameters of the three binary systems, the time average of the ratio of the neutrino luminosity to the γ-ray luninosity will beL _ν/L_γ∼30. The neutrino flux will be modulated with the orbital period of the system and the neutrino light curve will be determined by the density profile of the companion star. In general some of the X-ray binaries can be both UHE γ-ray and neutrino emitters with a neutrino luminosity comparable to their X-ray luminosity. The brightest of these could be detected by future neutrino telescopes such as DUMAND and MACRO at Gran Sasso.

---

Riassunto Recentemente è stata rivelata emissione di raggi gamma con energia sino a 10¹⁶eV da Cyg X3, Vela X1 ed LMC X4. Questa osservazione indica che protoni (o nuclei) sono accelerati nella vicinanza della pulsar contenuta in questi tre sistemi binari. In questo lavoro si calcola la produzione di neutrini di alta energia, associata alla produzione di raggi gamma. Il risultato ottenuto è che, tenendo conto dei parametri dedotti dalle osservazioni spettroscopiche dei tre sistemi considerati, il rapporto tra la luminosità in neutrini e la luminosità gamma èL _ν/L_γ∼30. Inoltre il flusso di neutrini sarà modulato con il periodo binario del sistema e la curva di luce dei neutrini sarà determinata dalla distribuzione di densità della stella compagna. In generale alcune delle binarie X possono essere sorgenti sia di gamma di altissima energia che di neutrini, con una luminosità in neutrini paragonabile alla luminosità in raggi X. Le piú intense tra queste potranno essere osservate da futuri telescopi per neutrini come DUMAND o MACRO.

---

Резюме Недавно γ-кванты с энергиями вплоть до 10¹⁶ эВ наблюдались из Cyg X3, Vela X1 и LMC X4. Это является указанием, что протоны (или ядра) ускоряются в окрестности аккретирующего пульсара. Мы обсуждаем в этой статье образование высокоэнергетичных нейтрино, которые связано с рождением γ-квантов. Мы показываем, что на основе наблюденных параметров для трех бинарных сйстем среднее по времени отношение интенсивности испускания нейтрино к интенсивности испускания γ-квантов составляетL _ν/L_μ∼30. Модуляция потока нейтрино определяется орбитальным периодом системы, а кривая яркости нейтрино определяется профилем плотности сопутствующей звезды. Обычно ренттеновские бинарные системы могут представлять источники γ-квантов сверхвысоких энергий и источники нейтрино, причем интенсивность испускания нейтрино сопоставима с интенсивностью рентгеновского излучения. Наиболее яркие из них могут быть зарегистрированы в будущем с помощью нейтринных телескопов, таких как DUMAND и MACRO в Гран Сассо.

     

Integral and differential absolute intensity measurements of cosmic-ray muons below 1 GeV

Summary Absolute differential and integral muon intensities below 1 Ge V/c have been measured with a flash-tube range spectrograph in which stopping muons are identified by the decay sequence. The differential intensities at 0.314 GeV/c and 0.805 GeV/c are (3.25±0.17)·10⁻³ cm⁻² sr⁻¹·s⁻¹ (GeV/c)⁻¹ and (3.60±0.18)·10⁻³ cm⁻² sr⁻¹ s⁻¹ (GeV/c)⁻¹, respectively,i.e. 16% and 33% higher than that of Rossi. These measurements confirm the rencent results of other authors according to which the Rossi reference point at 1 GeV/c is too low of about 25%. Our integral measurements at 0.457 GeV/c and 0.918 GeV/c support this evidence. Резюме Измерены абсолютные дифферецниальные и интегральные интенсивности мюонов ниже 1 ГэB/c, используя спектрограф, в котором остановившиеся мюоны идентифицируются по цепочке распадов. Диффенциальные интенсивностн при 0.314 ГэB/c и 0.805 ГэB/c соответственно составляют (3.25±0.17)·10⁻³ см⁻² ср⁻¹ с⁻¹ (ГэВ/с)⁻¹ и (3.60±0.18)·10⁻³ см⁻² ср⁻¹ с⁻¹ (ГэВ/с)⁻¹, т.е. нв 16% и 33% выше результатов Росси. Проведенные измерения подтвершдают недавние результаты других авторов, согласно которым точка отсчета Росси при 1 ГэВ/с расподожена ниже на 25%. Наши интегральные измерения при 0.457 ГэВ/с и 0.918 ГэВ/с подтверждают этот результат.

---

Riassunto Con uno spettrografo a range di tubi a flash sono state misurate le intensità differenziali e integrali sotto 1 GeV/c rivelando la catena del decadimento del muone. Le intensità differenziali a 0.314 GeV/c e 0.805 GeV/c sono rispettivamente (3.25±0.17)·10⁻³ cm² sr⁻¹ s⁻¹ (GeV/c)⁻¹ e (3.60±0.18)·10⁻³ cm⁻² sr⁻¹ s⁻¹ (GeV/c)⁻¹, cioè 16% e 33% più alte di quella di Rossi. Queste misure confermano i recenti risultati di altri autori secondo i quali il punto di riferimento di Rossi a 1 GeV/c è più basso di∼25%. Le nostre misure d'intensità integrale a 0.457 GeV/c e 0.918 GeV/c sostengono queste evidenze.

     

Search for UHE cosmic sources with a large-area underground muon detector

Summary The newly discovered gamma-ray emission from Cyg-X 3 with energies up to 2·10¹⁶eV gives the first evidence that particle acceleration in galactic gamma-ray sources can reach energies of the order of 10⁴ TeV. We discuss the detectability of this type of sources by an underground muon tracking detector with area of the order of ∼1000 m² and the physical information which could be obtained in this way. Paper presented at the 2° Convegno Nazionale di Fisica Cosmica, held at L'Aquila, 29 May–2 June 1984.