Supernova Model Discrimination with Hyper-Kamiokande

TY - JOUR

T1 - Supernova Model Discrimination with Hyper-Kamiokande

AU - Collaboration, Hyper-Kamiokande

AU - :, null

AU - Abe, K.

AU - Adrich, P.

AU - Aihara, H.

AU - Akutsu, R.

AU - Alekseev, I.

AU - Ameli, F.

AU - Anghel, I.

AU - Anthony, L. H. V.

AU - Antonova, M.

AU - Araya, A.

AU - Asaoka, Y.

AU - Ashida, Y.

AU - Aushev, V.

AU - Ballester, F.

AU - Bandac, I.

AU - Barbi, M.

AU - Barr, G.

AU - Batkiewicz-Kwasniak, M.

AU - Bellato, M.

AU - Berardi, V.

AU - Bergevin, M.

AU - Bernard, L.

AU - Bernardini, E.

AU - Berns, L.

AU - Bhadra, S.

AU - Bian, J.

AU - Blanchet, A.

AU - Blaszczyk, F. d. M.

AU - Boiano, A.

AU - Bolognesi, S.

AU - Bonavera, L.

AU - Booth, N.

AU - Borjabad, S.

AU - Boschi, T.

AU - Bose, D.

AU - Boyd, S . B.

AU - Bozza, C.

AU - Bravar, A.

AU - Bravo-Berguño, D.

AU - Bronner, C.

AU - Bubak, A.

AU - Buchowicz, A.

AU - Avanzini, M. Buizza

AU - Cafagna, F. S.

AU - Calabria, N. F.

AU - Calvo-Mozota, J. M.

AU - Cao, S.

AU - Catanesi, M. G.

AU - Cebriàn, S.

AU - Chabera, M.

AU - Checchia, C.

AU - Choubey, S.

AU - Cicerchia, M.

AU - Collazuol, G.

AU - Cowan, G.

AU - Cuen-Rochin, S.

AU - Danilov, M.

AU - Lopez, G. Daz

AU - Fuente, E. De la

AU - Perio, P. de

AU - Rosa, G. De

AU - Dealtry, T.

AU - Densham, C. J.

AU - Dergacheva, A.

AU - Deshmukh, N.

AU - Devi, M. M.

AU - Lodovico, F. Di

AU - Meo, P. Di

AU - Palma, I. Di

AU - Drakopoulou, E.

AU - Drapier, O.

AU - Dumarchez, J.

AU - Dunne, P.

AU - Dziewiecki, M.

AU - Eklund, L.

AU - Hedri, S. El

AU - Ellis, J.

AU - Emery, S.

AU - Esmaili, A.

AU - Esteve, R.

AU - Evangelisti, A.

AU - Fedotov, S.

AU - Fernandez, P.

AU - Fernández-Martinez, E.

AU - Ferrario, P.

AU - Ferrazzi, B.

AU - Feusels, T.

AU - Finley, C.

AU - Fiorentini, A.

AU - Fiorillo, G.

AU - Fitton, M.

AU - Frankiewicz, K.

AU - Friend, M.

AU - Fujii, Y.

AU - Fukuda, Y.

AU - Galinski, G.

AU - Gao, J.

AU - Garde, C.

AU - Garfagnini, A.

AU - Garode, S.

AU - Gialanella, L.

AU - Giganti, C.

AU - Gomez-Cadenas, J. J.

AU - Gonin, M.

AU - González-Nuevo, J.

AU - Gorin, A.

AU - Gornea, R.

AU - Gousy-Leblanc, V.

AU - Gramegna, F.

AU - Grassi, M.

AU - Grella, G.

AU - Guigue, M.

AU - Gumplinger, P.

AU - Hadley, D. R.

AU - Harada, M.

AU - Hartfiel, B.

AU - Hartz, M.

AU - Hassani, S.

AU - Hastings, N. C.

AU - Hayato, Y.

AU - Hernando-Morata, J. A.

AU - Herrero, V.

AU - Hiraide, K.

AU - Hirota, S.

AU - Holin, A.

AU - Horiuchi, S.

AU - Hoshina, K.

AU - Hultqvist, K.

AU - Iacob, F.

AU - Ichikawa, A. K.

AU - Ibnsalih, W. Idrissi

AU - Iijima, T.

AU - Ikeda, M.

AU - Inomoto, M.

AU - Inoue, K.

AU - Insler, J.

AU - Ioannisian, A.

AU - Ishida, T.

AU - Ishidoshiro, K.

AU - Ishino, H.

AU - Ishitsuka, M.

AU - Ito, H.

AU - Ito, S.

AU - Itow, Y.

AU - Iwamoto, K.

AU - Izmaylov, A.

AU - Izumi, N.

AU - Izumiyama, S.

AU - Jakkapu, M.

AU - Jamieson, B.

AU - Jang, J. S.

AU - Jeon, S. H.

AU - Jonsson, P.

AU - Joo, K. K.

AU - Kajita, T.

AU - Kakuno, H.

AU - Kameda, J.

AU - Kano, Y.

AU - Kalaczynski, P.

AU - Karlen, D.

AU - Kasperek, J.

AU - Kataoka, Y.

AU - Kato, A.

AU - Katori, T.

AU - Kazarian, N.

AU - Kearns, E.

AU - Khabibullin, M.

AU - Khotjantsev, A.

AU - Kikawa, T.

AU - Kikec, M.

AU - Kinoshita, T.

AU - Kisiel, J.

AU - Klekotko, A.

AU - Kobayashi, T.

AU - Koch, L.

AU - Koga, M.

AU - Koerich, L.

AU - Kolev, N.

AU - Konaka, A.

AU - Kormos, L. L.

AU - Koshio, Y.

AU - Korzenev, A.

AU - Kotsar, Y.

AU - Kouzakov, K. A.

AU - Kowalik, K. L.

AU - Kravchuk, L.

AU - Kryukov, A. P.

AU - Kudenko, Y.

AU - Kumita, T.

AU - Kurjata, R.

AU - Kutter, T.

AU - Kuze, M.

AU - Kwak, K.

AU - Commara, M. La

AU - Labarga, L.

AU - Lagoda, J.

AU - James, M. Lamers

AU - Lamoureux, M.

AU - Laveder, M.

AU - Lavitola, L.

AU - Lawe, M.

AU - Learned, J. G.

AU - Leitner, R.

AU - Lezaun, V.

AU - Lim, I. T.

AU - Lindner, T.

AU - Litchfield, R. P.

AU - Longhin, A.

AU - Loverre, P.

AU - Ludovici, L.

AU - Maekawa, Y.

AU - Magaletti, L.

AU - Magar, K.

AU - Makida, Y.

AU - Malek, M.

AU - Malinský, M.

AU - Marchi, T.

AU - Maret, L.

AU - Mariani, C.

AU - Marinelli, A.

AU - Martens, K.

AU - Marti, Ll

AU - Marzec, J.

AU - Matsubara, T.

AU - Matsumoto, R.

AU - Matsuno, S.

AU - Matusiak, M.

AU - Mazzucato, E.

AU - McCarthy, M.

AU - McCauley, N.

AU - McElwee, J.

AU - McGrew, C.

AU - Mefodiev, A.

AU - Medhi, A.

AU - Mellet, L.

AU - Menjo, H.

AU - Mermod, P.

AU - Metelko, C.

AU - Mezzetto, M.

AU - Migenda, J.

AU - Migliozzi, P.

AU - Mijakowski, P.

AU - Miki, S.

AU - Minakata, H.

AU - Minamino, A.

AU - Mine, S.

AU - Mineev, O.

AU - Mitra, A.

AU - Miura, M.

AU - Moharana, R.

AU - Mollo, C. M.

AU - Mondal, T.

AU - Mongelli, M.

AU - Monrabal, F.

AU - Moon, D. H.

AU - Moon, C. S.

AU - Mora, F. J.

AU - Moriyama, S.

AU - Mueller, Th A.

AU - Munteanu, L.

AU - Murase, K.

AU - Nagao, Y.

AU - Nakadaira, T.

AU - Nakagiri, K.

AU - Nakahata, M.

AU - Nakai, S.

AU - Nakajima, Y.

AU - Nakamura, K.

AU - Nakamura, KI.

AU - Nakamura, H.

AU - Nakano, Y.

AU - Nakaya, T.

AU - Nakayama, S.

AU - Nakayoshi, K.

AU - Machado, L. Nascimento

AU - Naseby, C. E. R.

AU - Navarro-Garcia, B.

AU - Needham, M.

AU - Nicholls, T.

AU - Niewczas, K.

AU - Nishimura, Y.

AU - Noah, E.

AU - Nova, F.

AU - Nugent, J. C.

AU - Nunokawa, H.

AU - Obrebski, W.

AU - Ochoa-Ricoux, J. P.

AU - Ogawa, N.

AU - Ogitsu, T.

AU - Ohta, K.

AU - Okamoto, K.

AU - O'Keeffe, H. M.

AU - Okumura, K.

AU - Onishchuk, Y.

AU - Orozco-Luna, F.

AU - Oshlianskyi, A.

AU - Ospina, N.

AU - Ostrowski, M.

AU - O'Sullivan, E.

AU - Ovsiannikova, T.

AU - Oyama, Y.

AU - Ozaki, H.

AU - Pac, M. Y.

AU - Paganini, P.

AU - Palladino, V.

AU - Paolone, V.

AU - Pari, M.

AU - Parsa, S.

AU - Pasternak, J.

AU - Pastore, C.

AU - Pastuszak, G.

AU - Pavin, M.

AU - Peña-Garay, C.

AU - Pidcott, C.

AU - Guerra, E. Pinzon

AU - Playfer, S.

AU - Pointon, B. W.

AU - Popov, B.

AU - Porwit, K.

AU - Posiadala-Zezula, M.

AU - Poutissou, J. -M.

AU - Pozimski, J.

AU - Pronost, G.

AU - Prouse, N. W.

AU - Przewlocki, P.

AU - Quilain, B.

AU - Radicioni, E.

AU - Radics, B.

AU - Rajda, P. J.

AU - Rescigno, M.

AU - Retiere, F.

AU - Ricciardi, G.

AU - Riccio, C.

AU - Richards, B.

AU - Rondio, E.

AU - Roskovec, B.

AU - Roth, S.

AU - Rott, C.

AU - Rountree, S. D.

AU - Rubbia, A.

AU - Ruggeri, A. C.

AU - Ruggles, C.

AU - Russo, S.

AU - Rychter, A.

AU - Ryu, D.

AU - Sakashita, K.

AU - Samani, S.

AU - Sánchez, F.

AU - Sánchez, M. L.

AU - Sanchez, M. C.

AU - Sano, S.

AU - Santos, J. D.

AU - Santucci, G.

AU - Sarmah, P.

AU - Sashima, I.

AU - Sato, K.

AU - Seiya, Y.

AU - Sekiguchi, T.

AU - Sekiya, H.

AU - Seo, J. W.

AU - Seo, S. H.

AU - Sgalaberna, D.

AU - Shaikhiev, A.

AU - Shan, Z.

AU - Shaykina, A.

AU - Shimizu, I.

AU - Shinoki, M.

AU - Shiozawa, M.

AU - Sinnis, G.

AU - Skrobova, N.

AU - Skwarczynski, K.

AU - Smy, M. B.

AU - Sobczyk, J.

AU - Sobel, H. W.

AU - Soler, F. J. P.

AU - Sonoda, Y.

AU - Spina, R.

AU - Spisso, B.

AU - Spradlin, P.

AU - Stankevich, K. L.

AU - Stawarz, L.

AU - Stellacci, S. M.

AU - Stopa, K.

AU - Studenikin, A. I.

AU - Gómez, S. L. Suárez

AU - Suganuma, T.

AU - Suvorov, S.

AU - Suwa, Y.

AU - Suzuki, S. Y.

AU - Suzuki, Y.

AU - Svirida, D.

AU - Svoboda, R.

AU - Taani, M.

AU - Tada, M.

AU - Takeda, A.

AU - Takemoto, Y.

AU - Takenaka, A.

AU - Taketa, A.

AU - Takeuchi, Y.

AU - Takhistov, V.

AU - Tanaka, H.

AU - Tanaka, H. A.

AU - Tanaka, H. I.

AU - Tanaka, M.

AU - Tashiro, T.

AU - Thiesse, M.

AU - Tomatani-Sánchez, A. K.

AU - Tortone, G.

AU - Tsui, K. M.

AU - Tsukamoto, T.

AU - Tzanov, M.

AU - Uchida, Y.

AU - Vagins, M. R.

AU - Valder, S.

AU - Valentino, V.

AU - Vasseur, G.

AU - Vijayvargi, A.

AU - Vilela, C.

AU - Vinning, W. G. S.

AU - Vivolo, D.

AU - Vladisavljevic, T.

AU - Vogelaar, R. B.

AU - Vyalkov, M. M.

AU - Wachala, T.

AU - Wark, D.

AU - Wascko, M. O.

AU - Wendell, R. A.

AU - Wilkes, R. J.

AU - Wilking, M. J.

AU - Wronka, S.

AU - Xie, Z.

AU - Xin, T.

AU - Yamaguchi, Y.

AU - Yanagisawa, C.

AU - Yano, T.

AU - Yen, S.

AU - Yershov, N.

AU - Yeum, D. N.

AU - Yokoyama, M.

AU - Yonenaga, M.

AU - Yu, I.

AU - Zakrzewski, T.

AU - Zaldivar, B.

AU - Zalipska, J.

AU - Zaremba, K.

AU - Zarnecki, G.

AU - Ziembicki, M.

AU - Zietara, K.

AU - Zito, M.

AU - Zsoldos, S.

AU - Wilson, J

N1 - 20 pages, 7 figures. Article based on thesis published as arXiv:2002.01649. Submitted to ApJ

PY - 2021/7/20

Y1 - 2021/7/20

N2 - Core-collapse supernovae are among the most magnificent events in the observable universe. They produce many of the chemical elements necessary for life to exist and their remnants—neutron stars and black holes—are interesting astrophysical objects in their own right. However, despite millennia of observations and almost a century of astrophysical study, the explosion mechanism of core-collapse supernovae is not yet well understood. Hyper-Kamiokande is a next-generation neutrino detector that will be able to observe the neutrino flux from the next galactic core-collapse supernova in unprecedented detail. We focus on the first 500 ms of the neutrino burst, corresponding to the accretion phase, and use a newly-developed, high-precision supernova event generator to simulate Hyper-Kamiokande's response to five different supernova models. We show that Hyper-Kamiokande will be able to distinguish between these models with high accuracy for a supernova at a distance of up to 100 kpc. Once the next galactic supernova happens, this ability will be a powerful tool for guiding simulations toward a precise reproduction of the explosion mechanism observed in nature.

AB - Core-collapse supernovae are among the most magnificent events in the observable universe. They produce many of the chemical elements necessary for life to exist and their remnants—neutron stars and black holes—are interesting astrophysical objects in their own right. However, despite millennia of observations and almost a century of astrophysical study, the explosion mechanism of core-collapse supernovae is not yet well understood. Hyper-Kamiokande is a next-generation neutrino detector that will be able to observe the neutrino flux from the next galactic core-collapse supernova in unprecedented detail. We focus on the first 500 ms of the neutrino burst, corresponding to the accretion phase, and use a newly-developed, high-precision supernova event generator to simulate Hyper-Kamiokande's response to five different supernova models. We show that Hyper-Kamiokande will be able to distinguish between these models with high accuracy for a supernova at a distance of up to 100 kpc. Once the next galactic supernova happens, this ability will be a powerful tool for guiding simulations toward a precise reproduction of the explosion mechanism observed in nature.

KW - astro-ph.IM

KW - astro-ph.HE

KW - hep-ex

KW - physics.ins-det

UR - http://arxiv.org/abs/2101.05269

U2 - 10.3847/1538-4357/abf7c4

DO - 10.3847/1538-4357/abf7c4

M3 - Article

SN - 0004-637X

VL - 916

JO - ASTROPHYSICAL JOURNAL

JF - ASTROPHYSICAL JOURNAL

IS - 1

M1 - 15

ER -