Astrofisica neutrinica in tempo reale: verso la combinazione di dati multi-strumento

Real-time detection of high-energy neutrinos has become, in recent years, a key instrument for multi-messenger astrophysics, thanks to its ability to localize transient sources. The IceCube detector pursues this goal with the all-sky Gamma-ray Follow-Up (GFU) system, used to notify electromagnetic partner telescopes; extending it to lower significance thresholds is limited by a high background component, which possibly prevents weaker signals from being distinguished. The present work aims to study significance levels lower than the current system's operating threshold level, in view of a future joint analysis with the complementary KM3NeT experiment, that would help reduce statistical fluctuations through independent coincident alert detection. Through the analysis of archival data, this work characterizes the background and estimates the corresponding false alert rate across thresholds, and then investigates, by means of signal injection trials over different parameter combinations (declination, spectral index, and flare duration), how signal is recovered as a function of significance. Finally, it examines how this choice impacts the quality of reconstructed signals and the time required for alert generation, defining a favorable range of operating thresholds compatible with the joint analysis. This study lays the groundwork for the combination of multi-instrument data, with the goal of improving the detection capability for astrophysical sources.

La rivelazione in tempo reale di neutrini ad alta energia si è affermata negli ultimi anni come strumento fondamentale dell'astrofisica multimessaggera, per la capacità di localizzare rapidamente sorgenti transienti. Il rivelatore IceCube opera con questo scopo attraverso il sistema di allerta all-sky Gamma-ray Follow-Up (GFU), che attualmente avvisa i telescopi elettromagnetici partner; l'estensione a soglie di significatività più basse è però limitata da un fondo elevato, che non permette di distinguere possibili segnali più deboli. Il presente lavoro si propone di studiare le caratteristiche delle allerte generate a livelli di significatività minori dell'attuale implementazione del sistema, in vista di una futura analisi congiunta con l'esperimento complementare KM3NeT, che permetterà di ridurre la contaminazione da fluttuazioni statistiche tramite rilevazioni coincidenti di segnali indipendenti. Attraverso l'analisi dei dati d'archivio del rivelatore, il lavoro caratterizza il fondo e ne stima il tasso di false allerte, per poi studiare, tramite simulazioni di segnale iniettato su diverse combinazioni di parametri (declinazione, indice spettrale e durata temporale), come il segnale venga rivelato al variare della significatività. Si analizza infine come questa scelta incida sulla qualità del segnale ricostruito e sul tempo necessario per generare l'allerta, delineando un intervallo di livelli operativi più favorevoli in vista dell'analisi congiunta. Questo studio pone le basi per la combinazione di dati multi-strumento, con l'obiettivo di migliorare la capacità di rivelazione di sorgenti astrofisiche.