1. The KM3NeT potential for the next core-collapse supernova observation with neutrinos
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Damien Dornic, L. Maderer, Zineb Aly, R. Coniglione, J.D. Zornoza, J. Hofestädt, Jihad Boumaaza, Vitaliano Chiarella, D. Calvo, A. Martini, Michel André, Piotr Kalaczyński, Tommaso Chiarusi, B. Baret, I. Sgura, M. Perrin-Terrin, Angelo Orlando, Carlo Alessandro Nicolau, M. Taiuti, M. Bendahman, S. Basegmez du Pree, C. Bagatelas, Miroslav Filipovic, L. Nauta, D. Lopez-Coto, K. Pikounis, Carlos Maximiliano Mollo, F. van der Knaap, Joern Wilms, C. Markou, V. Popa, Y. Gatelet, Paolo Sapienza, Nadja Lessing, Rosanna Cocimano, P. Mijakowski, F. Huang, J.J. Hernández-Rey, H. Hamdaoui, V. Carretero, Paolo Fermani, L. Martin, G. Papalashvili, F. Versari, R. Bruijn, G. de Wasseige, Karl Mannheim, Ahmed Eddyamoui, Matteo Sanguineti, A.M. van den Berg, V. Van Elewyck, Yahya Tayalati, Antoine Kouchner, G. Riccobene, M. Morganti, Andrey Romanov, Giuseppina Larosa, Jutta Schnabel, A. Zegarelli, S. Reck, M. Circella, O. Gabella, Giuseppe Levi, S. Alves Garre, A. W. Chen, G. Vannoye, J. Seneca, P. Migliozzi, A. Enzenhöfer, Dídac Diego-Tortosa, C. Pieterse, Mathieu Lamoureux, C. W. James, N. Chau, Lucio Gialanella, C. Donzaud, A. Marinelli, P. Coyle, Massimiliano Lincetto, A. Sánchez Losa, M. Ardid, Alice Paun, Steven Tingay, Thierry Pradier, S. Rivoire, G.E. Păvălaş, Giacomo Cuttone, Mitchell O'Sullivan, M. Colomer Molla, M.C. Bouwhuis, R. Muller, C. Pastore, Domenico Santonocito, Paolo Castaldi, T. Lipreau, Barbara Caiffi, A. Garcia Soto, A. Sinopoulou, Salva Ardid, C. Pellegrino, Bouke Jisse Jung, Robert Lahmann, F. Garufi, S. Mazzou, M. Di Marino, S.F. Biagi, D. Drouhin, Gisela Anton, J. Palacios González, Michael Moser, E. A. De Wolf, Sara Pulvirenti, G. Vasileiadis, F. Salesa Greus, Matthias Kadler, Sandra Zavatarelli, R. Le Breton, I. El Bojaddaini, Vasileios Tsourapis, L. S. Miranda, Dominik Elsaesser, P. de Jong, T. van Eeden, S. R. Gozzini, D. Stavropoulos, E. Tzamariudaki, Andrea Santangelo, C. Guidi, H. van Haren, H. Brânzaş, G. Pühlhofer, A. Rovelli, Francesco Benfenati, Hannes Thiersen, Abdelilah Moussa, Jose Busto, Valentin Pestel, O. Rabyang, Mario Musumeci, N. Randazzo, Soebur Razzaque, J.A. Martínez-Mora, Alexis Coleiro, Silvia Celli, S. Mastroianni, T. Gal, C. Distefano, Michael Kreter, T. Thakore, Natalia Zywucka, Ornella Leonardi, E. Berbee, N. Geißelbrecht, D. F. E. Samtleben, A. Hekalo, E. Tenllado, Gennaro Miele, B. De Martino, Dario Grasso, Fabrizio Ameli, Emidio Giorgio, M. Organokov, B. Ó Fearraigh, N. R. Khan Chowdhury, W. Idrissi Ibnsalih, Simona Maria Stellacci, Julia Haefner, D. Guderian, J. Zúñiga, S. Sánchez Navas, M. De Palma, T. Unbehaun, Thomas Eberl, M. Bissinger, Diego Real, Alessia Capone, M. Lindsey Clark, M. de Jong, A. Sharma, A. Creusot, P.M. Kooijman, Kay Graf, Karel Melis, Silvio Cherubini, M. Bouta, Joao A B Coelho, Mancia Anguita, O. Kalekin, Raffaele Buompane, D. van Eijk, Ofelia Pisanti, J. Schumann, Lukas Hennig, Luigi Antonio Fusco, Rezo Shanidze, Annarita Margiotta, Vladimir Kulikovskiy, I. Di Palma, V. Espinosa, Richard Dallier, Antonio F. Díaz, J. Brunner, J. Manczak, E. Buis, Sebastiano Aiello, Fabio Longhitano, H. M. Schutte, A. Domi, G. Grella, Francesco Simeone, Markus Boettcher, Julien Aublin, G. Illuminati, Francesco Leone, M. Dörr, Emanuele Leonora, Riccardo Papaleo, F. Filippini, Mohamed Chabab, G. Androulakis, Daniele Zito, D. Vivolo, S. Viola, V. Bertin, Martin Friedrich Schneider, Fabio Marzaioli, F. Raffaelli, S. Le Stum, C. Poirè, P. Piattelli, Maurizio Spurio, Antonio Ambrosone, A.J. Heijboer, M. Bou Cabo, D. Tzanetatos, Giorgi Kistauri, Cristiano Bozza, U. Katz, Arnauld Albert, M. Anghinolfi, E. Migneco, B. Spisso, R. Wojaczyński, G. Ferrara, R. Gracia, G. Passaro, Aiello S., Albert A., Garre S.A., Aly Z., Ambrosone A., Ameli F., Andre M., Androulakis G., Anghinolfi M., Anguita M., Anton G., Ardid M., Ardid S., Aublin J., Bagatelas C., Baret B., Pree S.B., Bendahman M., Benfenati F., Berbee E., Berg A.M., Bertin V., Biagi S., Bissinger M., Boettcher M., Cabo M.B., Boumaaza J., Bouta M., Bouwhuis M., Bozza C., Branzas H., Bruijn R., Brunner J., Buis E., Buompane R., Busto J., Caiffi B., Calvo D., Capone A., Carretero V., Castaldi P., Celli S., Chabab M., Chau N., Chen A., Cherubini S., Chiarella V., Chiarusi T., Circella M., Cocimano R., Coelho J.A.B., Coleiro A., Molla M.C., Coniglione R., Coyle P., Creusot A., Cuttone G., Dallier R., De Martino B., De Palma M., Di Marino M., Di Palma I., Diaz A.F., Diego-Tortosa D., Distefano C., Domi A., Donzaud C., Dornic D., Dorr M., Drouhin D., Eberl T., Eddyamoui A., van Eeden T., van Eijk D., El Bojaddaini I., Elsaesser D., Enzenhofer A., Espinosa V., Fermani P., Ferrara G., Filipovic M.D., Filippini F., Fusco L.A., Gabella O., Gal T., Soto A.G., Garufi F., Gatelet Y., Geisselbrecht N., Gialanella L., Giorgio E., Gozzini S.R., Gracia R., Graf K., Grasso D., Grella G., Guderian D., Guidi C., Haefner J., Hamdaoui H., van Haren H., Heijboer A., Hekalo A., Hennig L., Hernandez-Rey J.J., Hofestadt J., Huang F., Ibnsalih W.I., Illuminati G., James C.W., de Jong M., de Jong P., Jung B.J., Kadler M., Kalaczynski P., Kalekin O., Katz U.F., Chowdhury N.R.K., Kistauri G., van der Knaap F., Kooijman P., Kouchner A., Kreter M., Kulikovskiy V., Lahmann R., Lamoureux M., Larosa G., Le Breton R., Le Stum S., Leonardi O., Leone F., Leonora E., Lessing N., Levi G., Lincetto M., Clark M.L., Lipreau T., Longhitano F., Lopez-Coto D., Maderer L., Manczak J., Mannheim K., Margiotta A., Marinelli A., Markou C., Martin L., Martinez-Mora J.A., Martini A., Marzaioli F., Mastroianni S., Mazzou S., Melis K.W., Miele G., Migliozzi P., Migneco E., Mijakowski P., Miranda L.S., Mollo C.M., Morganti M., Moser M., Moussa A., Muller R., Musumeci M., Nauta L., Navas S., Nicolau C.A., Fearraigh B.O., O'Sullivan M., Organokov M., Orlando A., Gonzalez J.P., Papalashvili G., Papaleo R., Passaro G., Pastore C., Paun A.M., Pavalas G.E., Pellegrino C., Perrin-Terrin M., Pestel V., Piattelli P., Pieterse C., Pikounis K., Pisanti O., Poire C., Popa V., Pradier T., Puhlhofer G., Pulvirenti S., Rabyang O., Raffaelli F., Randazzo N., Razzaque S., Real D., Reck S., Riccobene G., Rivoire S., Romanov A., Rovelli A., Greus F.S., Samtleben D.F.E., Losa A.S., Sanguineti M., Santangelo A., Santonocito D., Sapienza P., Schnabel J., Schneider M.F., Schumann J., Schutte H.M., Seneca J., Sgura I., Shanidze R., Sharma A., Simeone F., Sinopoulou A., Spisso B., Spurio M., Stavropoulos D., Stellacci S.M., Taiuti M., Tayalati Y., Tenllado E., Thakore T., Thiersen H., Tingay S., Tsourapis V., Tzamariudaki E., Tzanetatos D., Unbehaun T., Van Elewyck V., Vannoye G., Vasileiadis G., Versari F., Viola S., Vivolo D., de Wasseige G., Wilms J., Wojaczynski R., de Wolf E., Zavatarelli S., Zegarelli A., Zito D., Zornoza J.D., Zuniga J., Zywucka N., Aiello, S., Albert, A., Garre, S. A., Aly, Z., Ambrosone, A., Ameli, F., Andre, M., Androulakis, G., Anghinolfi, M., Anguita, M., Anton, G., Ardid, M., Ardid, S., Aublin, J., Bagatelas, C., Baret, B., Pree, S. B., Bendahman, M., Benfenati, F., Berbee, E., Berg, A. M., Bertin, V., Biagi, S., Bissinger, M., Boettcher, M., Cabo, M. B., Boumaaza, J., Bouta, M., Bouwhuis, M., Bozza, C., Branzas, H., Bruijn, R., Brunner, J., Buis, E., Buompane, R., Busto, J., Caiffi, B., Calvo, D., Capone, A., Carretero, V., Castaldi, P., Celli, S., Chabab, M., Chau, N., Chen, A., Cherubini, S., Chiarella, V., Chiarusi, T., Circella, M., Cocimano, R., Coelho, J. A. B., Coleiro, A., Molla, M. C., Coniglione, R., Coyle, P., Creusot, A., Cuttone, G., Dallier, R., De Martino, B., De Palma, M., Di Marino, M., Di Palma, I., Diaz, A. F., Diego-Tortosa, D., Distefano, C., Domi, A., Donzaud, C., Dornic, D., Dorr, M., Drouhin, D., Eberl, T., Eddyamoui, A., van Eeden, T., van Eijk, D., El Bojaddaini, I., Elsaesser, D., Enzenhofer, A., Espinosa, V., Fermani, P., Ferrara, G., Filipovic, M. D., Filippini, F., Fusco, L. A., Gabella, O., Gal, T., Soto, A. G., Garufi, F., Gatelet, Y., Geisselbrecht, N., Gialanella, L., Giorgio, E., Gozzini, S. R., Gracia, R., Graf, K., Grasso, D., Grella, G., Guderian, D., Guidi, C., Haefner, J., Hamdaoui, H., van Haren, H., Heijboer, A., Hekalo, A., Hennig, L., Hernandez-Rey, J. J., Hofestadt, J., Huang, F., Ibnsalih, W. I., Illuminati, G., James, C. W., de Jong, M., de Jong, P., Jung, B. J., Kadler, M., Kalaczynski, P., Kalekin, O., Katz, U. F., Chowdhury, N. R. K., Kistauri, G., van der Knaap, F., Kooijman, P., Kouchner, A., Kreter, M., Kulikovskiy, V., Lahmann, R., Lamoureux, M., Larosa, G., Le Breton, R., Le Stum, S., Leonardi, O., Leone, F., Leonora, E., Lessing, N., Levi, G., Lincetto, M., Clark, M. L., Lipreau, T., Longhitano, F., Lopez-Coto, D., Maderer, L., Manczak, J., Mannheim, K., Margiotta, A., Marinelli, A., Markou, C., Martin, L., Martinez-Mora, J. A., Martini, A., Marzaioli, F., Mastroianni, S., Mazzou, S., Melis, K. W., Miele, G., Migliozzi, P., Migneco, E., Mijakowski, P., Miranda, L. S., Mollo, C. M., Morganti, M., Moser, M., Moussa, A., Muller, R., Musumeci, M., Nauta, L., Navas, S., Nicolau, C. A., Fearraigh, B. O., O'Sullivan, M., Organokov, M., Orlando, A., Gonzalez, J. P., Papalashvili, G., Papaleo, R., Passaro, G., Pastore, C., Paun, A. M., Pavalas, G. E., Pellegrino, C., Perrin-Terrin, M., Pestel, V., Piattelli, P., Pieterse, C., Pikounis, K., Pisanti, O., Poire, C., Popa, V., Pradier, T., Puhlhofer, G., Pulvirenti, S., Rabyang, O., Raffaelli, F., Randazzo, N., Razzaque, S., Real, D., Reck, S., Riccobene, G., Rivoire, S., Romanov, A., Rovelli, A., Greus, F. S., Samtleben, D. F. E., Losa, A. S., Sanguineti, M., Santangelo, A., Santonocito, D., Sapienza, P., Schnabel, J., Schneider, M. F., Schumann, J., Schutte, H. M., Seneca, J., Sgura, I., Shanidze, R., Sharma, A., Simeone, F., Sinopoulou, A., Spisso, B., Spurio, M., Stavropoulos, D., Stellacci, S. M., Taiuti, M., Tayalati, Y., Tenllado, E., Thakore, T., Thiersen, H., Tingay, S., Tsourapis, V., Tzamariudaki, E., Tzanetatos, D., Unbehaun, T., Van Elewyck, V., Vannoye, G., Vasileiadis, G., Versari, F., Viola, S., Vivolo, D., de Wasseige, G., Wilms, J., Wojaczynski, R., de Wolf, E., Zavatarelli, S., Zegarelli, A., Zito, D., Zornoza, J. D., Zuniga, J., and Zywucka, N.
- Subjects
Physics and Astronomy (miscellaneous) ,Physics::Instrumentation and Detectors ,supernovae ,Astrophysics::High Energy Astrophysical Phenomena ,Astrophysics::Cosmology and Extragalactic Astrophysics ,Astrophysics ,01 natural sciences ,core-collapse supernova ,0103 physical sciences ,Neutrinos - supernovae - core collapse - KM3NeT ,14. Life underwater ,Sensitivity (control systems) ,KM3NeT ,010303 astronomy & astrophysics ,Engineering (miscellaneous) ,Astrophysics::Galaxy Astrophysics ,Cherenkov radiation ,Physics ,010308 nuclear & particles physics ,Astrophysics::Instrumentation and Methods for Astrophysics ,neutrino telescope ,neutrinos ,Type II supernova ,Galaxy ,Supernova ,supernova, neutrino, observatory ,Neutrino detector ,Neutrino - Abstract
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 $$\sim {6200}$$ ∼ 6200 optical modules comprising a total of $$\sim {200{,}000}$$ ∼ 200 , 000 photomultiplier tubes, KM3NeT will achieve sensitivity to $$\sim {10} \ \mathrm{MeV}$$ ∼ 10 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 $$5\,\sigma $$ 5 σ discovery) covers essentially the Milky-Way and for the most optimistic model, extends to the Small Magellanic Cloud ($$\sim {60} \ \mathrm{kpc}$$ ∼ 60 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.
- Published
- 2021