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.

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.

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.

We report a quasidifferential upper limit on the extremely-high-energy (EHE) neutrino flux above $5\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{6}\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$ based on an analysis of nine years of IceCube data. The astrophysical neutrino flux measured by IceCube extends to PeV energies, and it is a background flux when searching for an independent signal flux at higher energies, such as the cosmogenic neutrino signal. We have developed a new method to place robust limits on the EHE neutrino flux in the presence of an astrophysical background, whose spectrum has yet to be understood with high precision at PeV energies. A distinct event with a deposited energy above $1{0}^{6}\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$ was found in the new two-year sample, in addition to the one event previously found in the seven-year EHE neutrino search. These two events represent a neutrino flux that is incompatible with predictions for a cosmogenic neutrino flux and are considered to be an astrophysical background in the current study. The obtained limit is the most stringent to date in the energy range between $5\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{6}$ and $2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{10}\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$. This result constrains neutrino models predicting a three-flavor neutrino flux of ${E}_{\ensuremath{\nu}}^{2}{\ensuremath{\phi}}_{{\ensuremath{\nu}}_{e}+{\ensuremath{\nu}}_{\ensuremath{\mu}}+{\ensuremath{\nu}}_{\ensuremath{\tau}}}\ensuremath{\simeq}2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}8}\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}/{\mathrm{cm}}^{2}\text{ }\mathrm{sec}\text{ }\mathrm{sr}$ at $1{0}^{9}\text{ }\text{ }\mathrm{GeV}$. A significant part of the parameter space for EHE neutrino production scenarios assuming a proton-dominated composition of ultra-high-energy cosmic rays is disfavored independently of uncertain models of the extragalactic background light which previous IceCube constraints partially relied on.

We report on a measurement of astrophysical tau neutrinos with 9.7 yr of IceCube data. Using convolutional neural networks trained on images derived from simulated events, seven candidate ν_{τ} events were found with visible energies ranging from roughly 20 TeV to 1 PeV and a median expected parent ν_{τ} energy of about 200 TeV. Considering backgrounds from astrophysical and atmospheric neutrinos, and muons from π^{±}/K^{±} decays in atmospheric air showers, we obtain a total estimated background of about 0.5 events, dominated by non-ν_{τ} astrophysical neutrinos. Thus, we rule out the absence of astrophysical ν_{τ} at the 5σ level. The measured astrophysical ν_{τ} flux is consistent with expectations based on previously published IceCube astrophysical neutrino flux measurements and neutrino oscillations.