A search for high-energy neutrinos interacting within the IceCube detector between 2010 and 2012 provided the first evidence for a high-energy neutrino flux of extraterrestrial origin. Results from an analysis using the same methods with a third year (2012-2013) of data from the complete IceCube detector are consistent with the previously reported astrophysical flux in the 100 TeV-PeV range at the level of 10(-8) GeV cm-2 s-1 sr-1 per flavor and reject a purely atmospheric explanation for the combined three-year data at 5.7σ. The data are consistent with expectations for equal fluxes of all three neutrino flavors and with isotropic arrival directions, suggesting either numerous or spatially extended sources. The three-year data set, with a live time of 988 days, contains a total of 37 neutrino candidate events with deposited energies ranging from 30 to 2000 TeV. The 2000-TeV event is the highest-energy neutrino interaction ever observed.

A high-energy neutrino event detected by IceCube on 22 September 2017 was coincident in direction and time with a gamma-ray flare from the blazar TXS 0506+056. Prompted by this association, we investigated 9.5 years of IceCube neutrino observations to search for excess emission at the position of the blazar. We found an excess of high-energy neutrino events, with respect to atmospheric backgrounds, at that position between September 2014 and March 2015. Allowing for time-variable flux, this constitutes 3.5σ evidence for neutrino emission from the direction of TXS 0506+056, independent of and prior to the 2017 flaring episode. This suggests that blazars are identifiable sources of the high-energy astrophysical neutrino flux.

The IceCube Neutrino Observatory is a cubic-kilometer-scale high-energy neutrino detector built into the ice at the South Pole. Construction of IceCube, the largest neutrino detector built to date, was completed in 2011 and enabled the discovery of high-energy astrophysical neutrinos. We describe here the design, production, and calibration of the IceCube digital optical module (DOM), the cable systems, computing hardware, and our methodology for drilling and deployment. We also describe the online triggering and data filtering systems that select candidate neutrino and cosmic ray events for analysis. Due to a rigorous pre-deployment protocol, 98.4% of the DOMs in the deep ice are operating and collecting data. IceCube routinely achieves a detector uptime of 99% by emphasizing software stability and monitoring. Detector operations have been stable since construction was completed, and the detector is expected to operate at least until the end of the next decade.

ABSTRACT The IceCube Collaboration has previously discovered a high-energy astrophysical neutrino flux using neutrino events with interaction vertices contained within the instrumented volume of the IceCube detector. We present a complementary measurement using charged current muon neutrino events where the interaction vertex can be outside this volume. As a consequence of the large muon range the effective area is significantly larger but the field of view is restricted to the Northern Hemisphere. IceCube data from 2009 through 2015 have been analyzed using a likelihood approach based on the reconstructed muon energy and zenith angle. At the highest neutrino energies between  and  a significant astrophysical contribution is observed, excluding a purely atmospheric origin of these events at  significance. The data are well described by an isotropic, unbroken power-law flux with a normalization at  neutrino energy of  and a hard spectral index of  . The observed spectrum is harder in comparison to previous IceCube analyses with lower energy thresholds which may indicate a break in the astrophysical neutrino spectrum of unknown origin. The highest-energy event observed has a reconstructed muon energy of  which implies a probability of less than  for this event to be of atmospheric origin. Analyzing the arrival directions of all events with reconstructed muon energies above  no correlation with known γ -ray sources was found. Using the high statistics of atmospheric neutrinos we report the current best constraints on a prompt atmospheric muon neutrino flux originating from charmed meson decays which is below 1.06 in units of the flux normalization of the model in Enberg et al.

Individual astrophysical sources previously detected in neutrinos are limited to the Sun and the supernova 1987A, whereas the origins of the diffuse flux of high-energy cosmic neutrinos remain unidentified. On 22 September 2017 we detected a high-energy neutrino, IceCube-170922A, with an energy of approximately 290 TeV. Its arrival direction was consistent with the location of a known gamma-ray blazar TXS 0506+056, observed to be in a flaring state. An extensive multi-wavelength campaign followed, ranging from radio frequencies to gamma-rays. These observations characterize the variability and energetics of the blazar and include the first detection of TXS 0506+056 in very-high-energy gamma-rays. This observation of a neutrino in spatial coincidence with a gamma-ray emitting blazar during an active phase suggests that blazars may be a source of high-energy neutrinos.

This Letter presents the results from pointlike neutrino source searches using ten years of IceCube data collected between April 6, 2008 and July 10, 2018. We evaluate the significance of an astrophysical signal from a pointlike source looking for an excess of clustered neutrino events with energies typically above ∼1 TeV among the background of atmospheric muons and neutrinos. We perform a full-sky scan, a search within a selected source catalog, a catalog population study, and three stacked Galactic catalog searches. The most significant point in the northern hemisphere from scanning the sky is coincident with the Seyfert II galaxy NGC 1068, which was included in the source catalog search. The excess at the coordinates of NGC 1068 is inconsistent with background expectations at the level of 2.9σ after accounting for statistical trials from the entire catalog. The combination of this result along with excesses observed at the coordinates of three other sources, including TXS 0506+056, suggests that, collectively, correlations with sources in the northern catalog are inconsistent with background at 3.3σ significance. The southern catalog is consistent with background. These results, all based on searches for a cumulative neutrino signal integrated over the 10 years of available data, motivate further study of these and similar sources, including time-dependent analyses, multimessenger correlations, and the possibility of stronger evidence with coming upgrades to the detector.Received 18 October 2019Revised 13 December 2019Accepted 6 January 2020DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.051103© 2020 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasCosmic ray sourcesExtrasolar neutrino astronomyGravitation, Cosmology & AstrophysicsParticles & Fields

The IceCube Neutrino Observatory has established the existence of a high-energy all-sky neutrino flux of astrophysical origin. This discovery was made using events interacting within a fiducial region of the detector surrounded by an active veto and with reconstructed energy above 60 TeV, commonly known as the high-energy starting event sample, or HESE. We revisit the analysis of the HESE sample with an additional 4.5 years of data, newer glacial ice models, and improved systematics treatment. This paper describes the sample in detail, reports on the latest astrophysical neutrino flux measurements, and presents a source search for astrophysical neutrinos. We give the compatibility of these observations with specific isotropic flux models proposed in the literature as well as generic power-law-like scenarios. Assuming $\nu_e:\nu_\mu:\nu_\tau=1:1:1$, and an equal flux of neutrinos and antineutrinos, we find that the astrophysical neutrino spectrum is compatible with an unbroken power law, with a preferred spectral index of ${2.87}^{+0.20}_{-0.19}$ for the $68.3\%$ confidence interval.

Since the recent detection of an astrophysical flux of high energy neutrinos, the question of its origin has not yet fully been answered. Much of what is known about this flux comes from a small event sample of high neutrino purity, good energy resolution, but large angular uncertainties. In searches for point-like sources, on the other hand, the best performance is given by using large statistics and good angular reconstructions. Track-like muon events produced in neutrino interactions satisfy these requirements. We present here the results of searches for point-like sources with neutrinos using data acquired by the IceCube detector over seven years from 2008--2015. The discovery potential of the analysis in the northern sky is now significantly below $E_\nu^2d\phi/dE_\nu=10^{-12}\:\mathrm{TeV\,cm^{-2}\,s^{-1}}$, on average $38\%$ lower than the sensitivity of the previously published analysis of four years exposure. No significant clustering of neutrinos above background expectation was observed, and implications for prominent neutrino source candidates are discussed.

We report three searches for high energy neutrino emission from astrophysical objects using data recorded with IceCube between 2011 and 2020. Improvements over previous work include new neutrino reconstruction and data calibration methods. In one search, the positions of 110 a priori selected gamma-ray sources were analyzed individually for a possible surplus of neutrinos over atmospheric and cosmic background expectations. We found an excess of $79_{-20}^{+22}$ neutrinos associated with the nearby active galaxy NGC 1068 at a significance of 4.2$\,\sigma$. The excess, which is spatially consistent with the direction of the strongest clustering of neutrinos in the Northern Sky, is interpreted as direct evidence of TeV neutrino emission from a nearby active galaxy. The inferred flux exceeds the potential TeV gamma-ray flux by at least one order of magnitude.

We report on the first measurement of the astrophysical neutrino flux using particle showers (cascades) in IceCube data from 2010-2015. Assuming standard oscillations, the astrophysical neutrinos in this dedicated cascade sample are dominated (∼90%) by electron and tau flavors. The flux, observed in the sensitive energy range from 16 TeV to 2.6 PeV, is consistent with a single power-law model as expected from Fermi-type acceleration of high energy particles at astrophysical sources. We find the flux spectral index to be γ=2.53±0.07 and a flux normalization for each neutrino flavor of ϕ_{astro}=1.66_{-0.27}^{+0.25} at E_{0}=100 TeV, in agreement with IceCube's complementary muon neutrino results and with all-neutrino flavor fit results. In the measured energy range we reject spectral indices γ≤2.28 at ≥3σ significance level. Because of high neutrino energy resolution and low atmospheric neutrino backgrounds, this analysis provides the most detailed characterization of the neutrino flux at energies below ∼100 TeV compared to previous IceCube results. Results from fits assuming more complex neutrino flux models suggest a flux softening at high energies and a flux hardening at low energies (p value ≥0.06). The sizable and smooth flux measured below ∼100 TeV remains a puzzle. In order to not violate the isotropic diffuse gamma-ray background as measured by the Fermi Large Area Telescope, it suggests the existence of astrophysical neutrino sources characterized by dense environments which are opaque to gamma rays.