Observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane

The origin of high-energy cosmic rays, atomic nuclei that continuously impact Earth’s atmosphere, is unknown. Because of deflection by interstellar magnetic fields, cosmic rays produced within the Milky Way arrive at Earth from random directions. However, cosmic rays interact with matter near their sources and during propagation, which produces high-energy neutrinos. We searched for neutrino emission using machine learning techniques applied to 10 years of data from the IceCube Neutrino Observatory. By comparing diffuse emission models to a background-only hypothesis, we identified neutrino emission from the Galactic plane at the 4.5σ level of significance. The signal is consistent with diffuse emission of neutrinos from the Milky Way but could also arise from a population of unresolved point sources. Observations of high-energy astrophysical neutrinos have shown that they mostly originate from extragalactic sources such as active galaxies. However, gamma ray observations show bright emission from within the Milky Way galaxy, and astrophysical gamma rays and neutrinos are expected to be produced by the same physical processes. The IceCube Collaboration searched for neutrino emission from within the Milky Way (see the Perspective by Fusco) and found evidence of extra neutrinos emitted along the plane of the Galaxy, which is consistent with the distribution of gamma-ray emission. These results imply that high-energy neutrinos can be generated by nearby sources within the Milky Way. —Keith T. Smith Astrophysical neutrinos are emitted from the plane of the Milky Way galaxy, implying the presence of nearby sources.

  • Type:
    Article
  • Authors:
    Collaboration, IceCube; Abbasi, R.; Ackermann, M.; Adams, J.; Aguilar, J. A.; Ahlers, M.; Ahrens, M.; Alameddine, J. M.; Alves, A. A.; Amin, N. M.; Andeen, K.; Anderson, T.; Anton, G.; Argüelles, C.; Ashida, Y.; Athanasiadou, S.; Axani, S.; Bai, X.; A. Balagopal, V.; Barwick, S. W.; Basu, V.; Baur, S.; Bay, R.; Beatty, J. J.; Becker, K.-H.; Tjus, J. Becker; Beise, J.; Bellenghi, C.; Benda, S.; BenZvi, S.; Berley, D.; Bernardini, E.; Besson, D. Z.; Binder, G.; Bindig, D.; Blaufuss, E.; Blot, S.; Boddenberg, M.; Bontempo, F.; Book, J. Y.; Borowka, J.; Böser, S.; Botner, O.; Böttcher, J.; Bourbeau, E.; Bradascio, F.; Braun, J.; Brinson, B.; Bron, S.; Brostean-Kaiser, J.; Burley, R. T.; Busse, R. S.; Campana, M. A.; Carnie-Bronca, E. G.; Chen, C.; Chen, Z.; Chirkin, D.; Choi, K.; Clark, B. A.; Clark, K.; Classen, L.; Coleman, A.; Collin, G. H.; Connolly, A.; Conrad, J. M.; Coppin, P.; Correa, P.; Cowen, D. F.; Cross, R.; Dappen, C.; Dave, P.; Clercq, C. De; DeLaunay, J. J.; López, D. Delgado; Dembinski, H.; Deoskar, K.; Desai, A.; Desiati, P.; de Vries, K. D.; de Wasseige, G.; DeYoung, T.; Diaz, A.; Díaz-Vélez, J. C.; Dittmer, M.; Dujmovic, H.; Dunkman, M.; DuVernois, M. A.; Ehrhardt, T.; Eller, P.; Engel, R.; Erpenbeck, H.; Evans, J.; Evenson, P. A.; Fan, K. L.; Fazely, A. R.; Fedynitch, A.; Feigl, N.; Fiedlschuster, S.; Fienberg, A. T.; Finley, C.; Fischer, L.; Fox, D.; Franckowiak, A.; Friedman, E.; Fritz, A.; Fürst, P.; Gaisser, T. K.; Gallagher, J.; Ganster, E.; Garcia, A.; Garrappa, S.; Gerhardt, L.; Ghadimi, A.; Glaser, C.; Glauch, T.; Glüsenkamp, T.; Goehlke, N.; Goldschmidt, A.; Gonzalez, J. G.; Goswami, S.; Grant, D.; Grégoire, T.; Griswold, S.; Günther, C.; Gutjahr, P.; Haack, C.; Hallgren, A.; Halliday, R.; Halve, L.; Halzen, F.; Minh, M. Ha; Hanson, K.; Hardin, J.; Harnisch, A. A.; Haungs, A.; Helbing, K.; Henningsen, F.; Hettinger, E. C.; Hickford, S.; Hignight, J.; Hill, C.; Hill, G. C.; Hoffman, K. D.; Hoshina, K.; Hou, W.; Huang, F.; Huber, M.; Huber, T.; Hultqvist, K.; Hünnefeld, M.; Hussain, R.; Hymon, K.; In, S.; Iovine, N.; Ishihara, A.; Jansson, M.; Japaridze, G. S.; Jeong, M.; Jin, M.; Jones, B. J. P.; Kang, D.; Kang, W.; Kang, X.; Kappes, A.; Kappesser, D.; Kardum, L.; Karg, T.; Karl, M.; Karle, A.; Katz, U.; Kauer, M.; Kellermann, M.; Kelley, J. L.; Kheirandish, A.; Kin, K.; Kiryluk, J.; Klein, S. R.; Kochocki, A.; Koirala, R.; Kolanoski, H.; Kontrimas, T.; Köpke, L.; Kopper, C.; Kopper, S.; Koskinen, D. J.; Koundal, P.; Kovacevich, M.; Kowalski, M.; Kozynets, T.; Krupczak, E.; Kun, E.; Kurahashi, N.; Lad, N.; Gualda, C. Lagunas; Lanfranchi, J. L.; Larson, M. J.; Lauber, F.; Lazar, J. P.; Lee, J. W.; Leonard, K.; Leszczyńska, A.; Li, Y.; Lincetto, M.; Liu, Q. R.; Liubarska, M.; Lohfink, E.; Mariscal, C. J. Lozano; Lu, L.; Lucarelli, F.; Ludwig, A.; Luszczak, W.; Lyu, Y.; Ma, W. Y.; Madsen, J.; Mahn, K. B. M.; Makino, Y.; Mancina, S.; Mariş, I. C.; Martinez-Soler, I.; Maruyama, R.; McHale, S.; McElroy, T.; McNally, F.; Mead, J. V.; Meagher, K.; Mechbal, S.; Medina, A.; Meier, M.; Meighen-Berger, S.; Merckx, Y.; Micallef, J.; Mockler, D.; Montaruli, T.; Moore, R. W.; Morik, K.; Morse, R.; Moulai, M.; Mukherjee, T.; Naab, R.; Nagai, R.; Nahnhauer, R.; Naumann, U.; Necker, J.; Nguyen, L. V.; Niederhausen, H.; Nisa, M. U.; Nowicki, S. C.; Nygren, D.; Pollmann, A. Obertacke; Oehler, M.; Oeyen, B.; Olivas, A.; O'Sullivan, E.; Pandya, H.; Pankova, D. V.; Park, N.; Parker, G. K.; Paudel, E. N.; Paul, L.; de los Heros, C. Pérez; Peters, L.; Peterson, J.; Philippen, S.; Pieper, S.; Pizzuto, A.; Plum, M.; Popovych, Y.; Porcelli, A.; Rodriguez, M. Prado; Pries, B.; Przybylski, G. T.; Raab, C.; Rack-Helleis, J.; Raissi, A.; Rameez, M.; Rawlins, K.; Rea, I. C.; Rechav, Z.; Rehman, A.; Reichherzer, P.; Reimann, R.; Renzi, G.; Resconi, E.; Reusch, S.; Rhode, W.; Richman, M.; Riedel, B.; Roberts, E. J.; Robertson, S.; Roellinghoff, G.; Rongen, M.; Rott, C.; Ruhe, T.; Ryckbosch, D.; Cantu, D. Rysewyk; Safa, I.; Saffer, J.; Salazar-Gallegos, D.; Sampathkumar, P.; Herrera, S. E. Sanchez; Sandrock, A.; Santander, M.; Sarkar, S.; Sarkar, S.; Satalecka, K.; Schaufel, M.; Schieler, H.; Schindler, S.; Schmidt, T.; Schneider, A.; Schneider, J.; Schröder, F. G.; Schumacher, L.; Schwefer, G.; Sclafani, S.; Seckel, D.; Seunarine, S.; Sharma, A.; Shefali, S.; Shimizu, N.; Silva, M.; Skrzypek, B.; Smithers, B.; Snihur, R.; Soedingrekso, J.; Sogaard, A.; Soldin, D.; Spannfellner, C.; Spiczak, G. M.; Spiering, C.; Stamatikos, M.; Stanev, T.; Stein, R.; Stettner, J.; Stezelberger, T.; Stokstad, B.; Stürwald, T.; Stuttard, T.; Sullivan, G. W.; Taboada, I.; Ter-Antonyan, S.; Thwaites, J.; Tilav, S.; Tischbein, F.; Tollefson, K.; Tönnis, C.; Toscano, S.; Tosi, D.; Trettin, A.; Tselengidou, M.; Tung, C. F.; Turcati, A.; Turcotte, R.; Turley, C. F.; Twagirayezu, J. P.; Ty, B.; Elorrieta, M. A. Unland; Valtonen-Mattila, N.; Vandenbroucke, J.; van Eijndhoven, N.; Vannerom, D.; van Santen, J.; Veitch-Michaelis, J.; Verpoest, S.; Walck, C.; Wang, W.; Watson, T. B.; Weaver, C.; Weigel, P.; Weindl, A.; Weiss, M. J.; Weldert, J.; Wendt, C.; Werthebach, J.; Weyrauch, M.; Whitehorn, N.; Wiebusch, C. H.; Willey, N.; Williams, D. R.; Wolf, M.; Wrede, G.; Wulff, J.; Xu, X. W.; Yanez, J. P.; Yildizci, E.; Yoshida, S.; Yu, S.; Yuan, T.; Zhang, Z.; Zhelnin, P.
  • Year:
    2023

Citation information

Collaboration, IceCube; Abbasi, R.; Ackermann, M.; Adams, J.; Aguilar, J. A.; Ahlers, M.; Ahrens, M.; Alameddine, J. M.; Alves, A. A.; Amin, N. M.; Andeen, K.; Anderson, T.; Anton, G.; Argüelles, C.; Ashida, Y.; Athanasiadou, S.; Axani, S.; Bai, X.; A. Balagopal, V.; Barwick, S. W.; Basu, V.; Baur, S.; Bay, R.; Beatty, J. J.; Becker, K.-H.; Tjus, J. Becker; Beise, J.; Bellenghi, C.; Benda, S.; BenZvi, S.; Berley, D.; Bernardini, E.; Besson, D. Z.; Binder, G.; Bindig, D.; Blaufuss, E.; Blot, S.; Boddenberg, M.; Bontempo, F.; Book, J. Y.; Borowka, J.; Böser, S.; Botner, O.; Böttcher, J.; Bourbeau, E.; Bradascio, F.; Braun, J.; Brinson, B.; Bron, S.; Brostean-Kaiser, J.; Burley, R. T.; Busse, R. S.; Campana, M. A.; Carnie-Bronca, E. G.; Chen, C.; Chen, Z.; Chirkin, D.; Choi, K.; Clark, B. A.; Clark, K.; Classen, L.; Coleman, A.; Collin, G. H.; Connolly, A.; Conrad, J. M.; Coppin, P.; Correa, P.; Cowen, D. F.; Cross, R.; Dappen, C.; Dave, P.; Clercq, C. De; DeLaunay, J. J.; López, D. Delgado; Dembinski, H.; Deoskar, K.; Desai, A.; Desiati, P.; de Vries, K. D.; de Wasseige, G.; DeYoung, T.; Diaz, A.; Díaz-Vélez, J. C.; Dittmer, M.; Dujmovic, H.; Dunkman, M.; DuVernois, M. A.; Ehrhardt, T.; Eller, P.; Engel, R.; Erpenbeck, H.; Evans, J.; Evenson, P. A.; Fan, K. L.; Fazely, A. R.; Fedynitch, A.; Feigl, N.; Fiedlschuster, S.; Fienberg, A. T.; Finley, C.; Fischer, L.; Fox, D.; Franckowiak, A.; Friedman, E.; Fritz, A.; Fürst, P.; Gaisser, T. K.; Gallagher, J.; Ganster, E.; Garcia, A.; Garrappa, S.; Gerhardt, L.; Ghadimi, A.; Glaser, C.; Glauch, T.; Glüsenkamp, T.; Goehlke, N.; Goldschmidt, A.; Gonzalez, J. G.; Goswami, S.; Grant, D.; Grégoire, T.; Griswold, S.; Günther, C.; Gutjahr, P.; Haack, C.; Hallgren, A.; Halliday, R.; Halve, L.; Halzen, F.; Minh, M. Ha; Hanson, K.; Hardin, J.; Harnisch, A. A.; Haungs, A.; Helbing, K.; Henningsen, F.; Hettinger, E. C.; Hickford, S.; Hignight, J.; Hill, C.; Hill, G. C.; Hoffman, K. D.; Hoshina, K.; Hou, W.; Huang, F.; Huber, M.; Huber, T.; Hultqvist, K.; Hünnefeld, M.; Hussain, R.; Hymon, K.; In, S.; Iovine, N.; Ishihara, A.; Jansson, M.; Japaridze, G. S.; Jeong, M.; Jin, M.; Jones, B. J. P.; Kang, D.; Kang, W.; Kang, X.; Kappes, A.; Kappesser, D.; Kardum, L.; Karg, T.; Karl, M.; Karle, A.; Katz, U.; Kauer, M.; Kellermann, M.; Kelley, J. L.; Kheirandish, A.; Kin, K.; Kiryluk, J.; Klein, S. R.; Kochocki, A.; Koirala, R.; Kolanoski, H.; Kontrimas, T.; Köpke, L.; Kopper, C.; Kopper, S.; Koskinen, D. J.; Koundal, P.; Kovacevich, M.; Kowalski, M.; Kozynets, T.; Krupczak, E.; Kun, E.; Kurahashi, N.; Lad, N.; Gualda, C. Lagunas; Lanfranchi, J. L.; Larson, M. J.; Lauber, F.; Lazar, J. P.; Lee, J. W.; Leonard, K.; Leszczyńska, A.; Li, Y.; Lincetto, M.; Liu, Q. R.; Liubarska, M.; Lohfink, E.; Mariscal, C. J. Lozano; Lu, L.; Lucarelli, F.; Ludwig, A.; Luszczak, W.; Lyu, Y.; Ma, W. Y.; Madsen, J.; Mahn, K. B. M.; Makino, Y.; Mancina, S.; Mariş, I. C.; Martinez-Soler, I.; Maruyama, R.; McHale, S.; McElroy, T.; McNally, F.; Mead, J. V.; Meagher, K.; Mechbal, S.; Medina, A.; Meier, M.; Meighen-Berger, S.; Merckx, Y.; Micallef, J.; Mockler, D.; Montaruli, T.; Moore, R. W.; Morik, K.; Morse, R.; Moulai, M.; Mukherjee, T.; Naab, R.; Nagai, R.; Nahnhauer, R.; Naumann, U.; Necker, J.; Nguyen, L. V.; Niederhausen, H.; Nisa, M. U.; Nowicki, S. C.; Nygren, D.; Pollmann, A. Obertacke; Oehler, M.; Oeyen, B.; Olivas, A.; O'Sullivan, E.; Pandya, H.; Pankova, D. V.; Park, N.; Parker, G. K.; Paudel, E. N.; Paul, L.; de los Heros, C. Pérez; Peters, L.; Peterson, J.; Philippen, S.; Pieper, S.; Pizzuto, A.; Plum, M.; Popovych, Y.; Porcelli, A.; Rodriguez, M. Prado; Pries, B.; Przybylski, G. T.; Raab, C.; Rack-Helleis, J.; Raissi, A.; Rameez, M.; Rawlins, K.; Rea, I. C.; Rechav, Z.; Rehman, A.; Reichherzer, P.; Reimann, R.; Renzi, G.; Resconi, E.; Reusch, S.; Rhode, W.; Richman, M.; Riedel, B.; Roberts, E. J.; Robertson, S.; Roellinghoff, G.; Rongen, M.; Rott, C.; Ruhe, T.; Ryckbosch, D.; Cantu, D. Rysewyk; Safa, I.; Saffer, J.; Salazar-Gallegos, D.; Sampathkumar, P.; Herrera, S. E. Sanchez; Sandrock, A.; Santander, M.; Sarkar, S.; Sarkar, S.; Satalecka, K.; Schaufel, M.; Schieler, H.; Schindler, S.; Schmidt, T.; Schneider, A.; Schneider, J.; Schröder, F. G.; Schumacher, L.; Schwefer, G.; Sclafani, S.; Seckel, D.; Seunarine, S.; Sharma, A.; Shefali, S.; Shimizu, N.; Silva, M.; Skrzypek, B.; Smithers, B.; Snihur, R.; Soedingrekso, J.; Sogaard, A.; Soldin, D.; Spannfellner, C.; Spiczak, G. M.; Spiering, C.; Stamatikos, M.; Stanev, T.; Stein, R.; Stettner, J.; Stezelberger, T.; Stokstad, B.; Stürwald, T.; Stuttard, T.; Sullivan, G. W.; Taboada, I.; Ter-Antonyan, S.; Thwaites, J.; Tilav, S.; Tischbein, F.; Tollefson, K.; Tönnis, C.; Toscano, S.; Tosi, D.; Trettin, A.; Tselengidou, M.; Tung, C. F.; Turcati, A.; Turcotte, R.; Turley, C. F.; Twagirayezu, J. P.; Ty, B.; Elorrieta, M. A. Unland; Valtonen-Mattila, N.; Vandenbroucke, J.; van Eijndhoven, N.; Vannerom, D.; van Santen, J.; Veitch-Michaelis, J.; Verpoest, S.; Walck, C.; Wang, W.; Watson, T. B.; Weaver, C.; Weigel, P.; Weindl, A.; Weiss, M. J.; Weldert, J.; Wendt, C.; Werthebach, J.; Weyrauch, M.; Whitehorn, N.; Wiebusch, C. H.; Willey, N.; Williams, D. R.; Wolf, M.; Wrede, G.; Wulff, J.; Xu, X. W.; Yanez, J. P.; Yildizci, E.; Yoshida, S.; Yu, S.; Yuan, T.; Zhang, Z.; Zhelnin, P.: Observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane, 2023, 380, 6652, 1338--1343, https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.adc9818, icecube.etal.2023a,