Observation of Cosmic-Ray Anisotropy in the Southern Hemisphere with 12 yr of Data Collected by the IceCube Neutrino Observatory

Mar 7, 2025·
R. Abbasi
,
M. Ackermann
,
J. Adams
,
S. K. Agarwalla
,
T. Aguado
,
J. A. Aguilar
,
M. Ahlers
,
J. M. Alameddine
,
N. M. Amin
,
K. Andeen
,
C. Argüelles
,
Y. Ashida
,
S. Athanasiadou
,
S. N. Axani
,
R. Babu
,
X. Bai
,
A. Balagopal V.
,
M. Baricevic
,
S. W. Barwick
,
S. Bash
,
V. Basu
,
R. Bay
,
J. J. Beatty
,
J. Becker Tjus
,
J. Beise
,
C. Bellenghi
,
S. BenZvi
,
D. Berley
,
E. Bernardini
,
D. Z. Besson
,
E. Blaufuss
,
L. Bloom
,
S. Blot
,
F. Bontempo
,
J. Y. Book Motzkin
,
C. Boscolo Meneguolo
,
S. Böser
,
O. Botner
,
J. Böttcher
,
J. Braun
,
B. Brinson
,
Z. Brisson-Tsavoussis
,
J. Brostean-Kaiser
,
L. Brusa
,
R. T. Burley
,
D. Butterfield
,
M. A. Campana
,
I. Caracas
,
K. Carloni
,
J. Carpio
,
S. Chattopadhyay
,
N. Chau
,
Z. Chen
,
D. Chirkin
,
S. Choi
,
B. A. Clark
,
C. Cochling
,
A. Coleman
,
P. Coleman
,
G. H. Collin
,
A. Connolly
,
J. M. Conrad
,
R. Corley
,
D. F. Cowen
,
C. De Clercq
,
J. J. DeLaunay
,
D. Delgado
,
S. Deng
,
A. Desai
Paolo Desiati
Paolo Desiati
,
K. D. De Vries
,
G. De Wasseige
,
T. Deyoung
,
A. Diaz
,
J. C. Díaz-Vélez
,
P. Dierichs
,
M. Dittmer
,
A. Domi
,
L. Draper
,
H. Dujmovic
,
D. Durnford
,
K. Dutta
,
M. A. DuVernois
,
T. Ehrhardt
,
L. Eidenschink
,
A. Eimer
,
P. Eller
,
E. Ellinger
,
S. El Mentawi
,
D. Elsässer
,
R. Engel
,
H. Erpenbeck
,
J. Evans
,
P. A. Evenson
,
K. L. Fan
,
K. Fang
,
K. Farrag
,
A. R. Fazely
,
A. Fedynitch
,
N. Feigl
,
S. Fiedlschuster
,
C. Finley
,
L. Fischer
,
D. Fox
,
A. Franckowiak
,
S. Fukami
,
P. Fürst
,
J. Gallagher
,
E. Ganster
,
A. Garcia
,
M. Garcia
,
G. Garg
,
E. Genton
,
L. Gerhardt
,
A. Ghadimi
,
C. Girard-Carillo
,
C. Glaser
,
T. Glüsenkamp
,
J. G. Gonzalez
,
S. Goswami
,
A. Granados
,
D. Grant
,
S. J. Gray
,
S. Griffin
,
S. Griswold
,
K. M. Groth
,
K. Gruchot
,
D. Guevel
,
C. Günther
,
P. Gutjahr
,
C. Ha
,
C. Haack
,
A. Hallgren
,
L. Halve
,
F. Halzen
,
L. Hamacher
,
H. Hamdaoui
,
A. Hardy
,
W. Hayes
,
M. Ha Minh
,
M. Handt
,
K. Hanson
,
J. Hardin
,
A. A. Harnisch
,
P. Hatch
,
A. Haungs
,
J. Häussler
,
K. Helbing
,
J. Hellrung
,
J. Hermannsgabner
,
L. Heuermann
,
N. Heyer
,
S. Hickford
,
A. Hidvegi
,
C. Hill
,
G. C. Hill
,
R. Hmaid
,
K. D. Hoffman
,
S. Hori
,
K. Hoshina
,
M. Hostert
,
W. Hou
,
T. Huber
,
K. Hultqvist
,
M. Hünnefeld
,
R. Hussain
,
K. Hymon
,
A. Ishihara
,
W. Iwakiri
,
M. Jacquart
,
S. Jain
,
O. Janik
,
M. Jansson
,
M. Jeong
,
M. Jin
,
B. J. P. Jones
,
N. Kamp
,
D. Kang
,
W. Kang
,
X. Kang
,
A. Kappes
,
D. Kappesser
,
L. Kardum
,
T. Karg
,
M. Karl
,
A. Karle
,
A. Katil
,
U. Katz
,
M. Kauer
,
J. L. Kelley
,
M. Khanal
,
A. Khatee Zathul
,
A. Kheirandish
,
J. Kiryluk
,
S. R. Klein
,
Y. Kobayashi
,
A. Kochocki
,
R. Koirala
,
H. Kolanoski
,
T. Kontrimas
,
L. Köpke
,
C. Kopper
,
D. J. Koskinen
,
P. Koundal
,
M. Kowalski
,
T. Kozynets
,
N. Krieger
,
J. Krishnamoorthi
,
K. Kruiswijk
,
E. Krupczak
,
A. Kumar
,
E. Kun
,
N. Kurahashi
,
N. Lad
,
C. Lagunas Gualda
,
M. Lamoureux
,
M. J. Larson
,
F. Lauber
,
J. P. Lazar
,
J. W. Lee
,
K. Leonard DeHolton
,
A. Leszczyńska
,
J. Liao
,
M. Lincetto
,
Y. T. Liu
,
M. Liubarska
,
C. Love
,
L. Lu
,
F. Lucarelli
,
W. Luszczak
,
Y. Lyu
,
J. Madsen
,
E. Magnus
,
K. B. M. Mahn
,
Y. Makino
,
E. Manao
,
S. Mancina
,
A. Mand
,
W. Marie Sainte
,
I. C. Mariş
,
S. Marka
,
Z. Marka
,
M. Marsee
,
I. Martinez-Soler
,
R. Maruyama
,
F. Mayhew
,
F. McNally
,
J. v. Mead
,
K. Meagher
,
S. Mechbal
,
A. Medina
,
M. Meier
,
Y. Merckx
,
L. Merten
,
J. Mitchell
,
T. Montaruli
,
R. W. Moore
,
Y. Morii
,
R. Morse
,
M. Moulai
,
A. Moy
,
T. Mukherjee
,
R. Naab
,
M. Nakos
,
U. Naumann
,
J. Necker
,
A. Negi
,
L. Neste
,
M. Neumann
,
H. Niederhausen
,
M. U. Nisa
,
K. Noda
,
A. Noell
,
A. Novikov
,
A. Obertacke Pollmann
,
V. O’Dell
,
A. Olivas
,
R. Orsoe
,
J. Osborn
,
E. O’Sullivan
,
V. Palusova
,
H. Pandya
,
N. Park
,
G. K. Parker
,
V. Parrish
,
E. N. Paudel
,
L. Paul
,
C. Pérez De Los Heros
,
T. Pernice
,
J. Peterson
,
A. Pizzuto
,
M. Plum
,
A. Pontén
,
Y. Popovych
,
M. Prado Rodriguez
,
B. Pries
,
R. Procter-Murphy
,
G. T. Przybylski
,
L. Pyras
,
C. Raab
,
J. Rack-Helleis
,
N. Rad
,
M. Ravn
,
K. Rawlins
,
Z. Rechav
,
A. Rehman
,
E. Resconi
,
S. Reusch
,
W. Rhode
,
B. Riedel
,
A. Rifaie
,
E. J. Roberts
,
S. Robertson
,
S. Rodan
,
G. Roellinghoff
,
M. Rongen
,
A. Rosted
,
C. Rott
,
T. Ruhe
,
L. Ruohan
,
D. Ryckbosch
,
I. Safa
,
J. Saffer
,
D. Salazar-Gallegos
,
P. Sampathkumar
,
A. Sandrock
,
M. Santander
,
S. Sarkar
,
J. Savelberg
,
P. Savina
,
P. Schaile
,
M. Schaufel
,
H. Schieler
,
S. Schindler
,
L. Schlickmann
,
B. Schlüter
,
F. Schlüter
,
N. Schmeisser
,
E. Schmidt
,
T. Schmidt
,
J. Schneider
,
F. G. Schröder
,
L. Schumacher
,
S. Schwirn
,
S. Sclafani
,
D. Seckel
,
L. Seen
,
M. Seikh
,
M. Seo
,
S. Seunarine
,
P. Sevle Myhr
,
R. Shah
,
S. Shefali
,
N. Shimizu
,
M. Silva
,
A. Simmons
,
B. Skrzypek
,
B. Smithers
,
R. Snihur
,
J. Soedingrekso
,
A. Søgaard
,
D. Soldin
,
P. Soldin
,
G. Sommani
,
C. Spannfellner
,
G. M. Spiczak
,
C. Spiering
,
J. Stachurska
,
M. Stamatikos
,
T. Stanev
,
T. Stezelberger
,
T. Stürwald
,
T. Stuttard
,
G. W. Sullivan
,
I. Taboada
,
S. Ter-Antonyan
,
A. Terliuk
,
M. Thiesmeyer
,
W. G. Thompson
,
A. Thorpe
,
J. Thwaites
,
S. Tilav
,
K. Tollefson
,
C. Tönnis
,
S. Toscano
,
D. Tosi
,
A. Trettin
,
R. Turcotte
,
M. A. Unland Elorrieta
,
A. K. Upadhyay
,
K. Upshaw
,
A. Vaidyanathan
,
N. Valtonen-Mattila
,
J. Vandenbroucke
,
N. Van Eijndhoven
,
D. Vannerom
,
J. Van Santen
,
J. Vara
,
F. Varsi
,
J. Veitch-Michaelis
,
M. Venugopal
,
M. Vereecken
,
S. Vergara Carrasco
,
S. Verpoest
,
D. Veske
,
A. Vijai
,
C. Walck
,
A. Wang
,
C. Weaver
,
P. Weigel
,
A. Weindl
,
J. Weldert
,
A. Y. Wen
,
C. Wendt
,
J. Werthebach
,
M. Weyrauch
,
N. Whitehorn
,
C. H. Wiebusch
,
D. R. Williams
,
L. Witthaus
,
H. Woodward
,
M. Wolf
,
G. Wrede
,
X. W. Xu
,
J. P. Yanez
,
E. Yildizci
,
S. Yoshida
,
R. Young
,
S. Yu
,
T. Yuan
,
A. Zegarelli
,
S. Zhang
,
Z. Zhang
,
P. Zhelnin
,
P. Zilberman
,
M. Zimmerman
,
(IceCube Collaboration)
· 1 min read
Image credit: IceCube Collaboration
Abstract
We analyzed the 7.92 × 1011 cosmic-ray-induced muon events collected by the IceCube Neutrino Observatory from 2011 May 13, when the fully constructed experiment started to take data, to 2023 May 12. This data set provides an up-to-date cosmic-ray arrival direction distribution in the Southern Hemisphere with unprecedented statistical accuracy covering more than a full period length of a solar cycle. Improvements in Monte Carlo event simulation and better handling of year-to-year differences in data processing significantly reduce systematic uncertainties below the level of statistical fluctuations compared to the previously published results. We confirm the observation of a change in the angular structure of the cosmic-ray anisotropy between 10 TeV and 1 PeV, more specifically in the 100–300 TeV energy range. For the first time, we analyzed the angular power spectrum at different energies. The observed variations of the power spectra with energy suggest relatively reduced large-scale features at high energy compared to those of medium and small scales. The large volume of data enhances the statistical significance at higher energies, up to the PeV scale, and smaller angular scales, down to approximately 6° compared to previous findings.
Type
Publication
The Astrophysical Journal

This work was supported by NSF 2209483 - WoU-MMA: Cosmic-Ray Physics with IceCube (2022-25) - Analysis of cosmic-ray anisotropy with IceCube.

This work is driven by the results in my previous paper.