Supernova Model Discrimination with Hyper-Kamiokande

Abe, K.; Adrich, P.; Aihara, H.; Akutsu, R.; Alekseev, I.; Ali, A.; Ameli, F.; Anghel, I.; Anthony, L. H. V.; Antonova, M.; Araya, A.; Asaoka, Y.; Ashida, Y.; Aushev, V.; Ballester, F.; Bandac, I.; Barbi, M.; Barker, G. J.; Barr, G.; Batkiewicz-Kwasniak, M.; Bellato, M.; Berardi, V.; Bergevin, M.; Bernard, L.; Bernardini, E.; Berns, L.; Bhadra, S.; Bian, J.; Blanchet, A.; Blaszczyk, F. D. M.; Blondel, A.; Boiano, A.; Bolognesi, S.; Bonavera, L.; Booth, N.; Borjabad, S.; Boschi, T.; Bose, D.; Boyd, S. B.; Bozza, C.; Bravar, A.; Bravo-Berguo, D.; Bronner, C.; Brown, L.; Bubak, A.; Buchowicz, A.; Buizza Avanzini, M.; Cafagna, F. S.; Calabria, N. F.; Calvo-Mozota, J. M.; Cao, S.; Cartwright, S. L.; Carroll, A.; Catanesi, M. G.; Cebrian, S.; Chabera, M.; Chakraborty, S.; Checchia, C.; Choi, J. H.; Choubey, S.; Cicerchia, M.; Coleman, J.; Collazuol, G.; Cook, L.; Cowan, G.; Cuen-Rochin, S.; Danilov, M.; Diaz Lopez, G.; De La Fuente, E.; De Perio, P.; De Rosa, G.; Dealtry, T.; Densham, C. J.; Dergacheva, A.; Deshmukh, N.; Devi, M. M.; Di Lodovico, F.; Di Meo, P.; Di Palma, I.; Doyle, T. A.; Drakopoulou, E.; Drapier, O.; Dumarchez, J.; Dunne, P.; Dziewiecki, M.; Eklund, L.; El Hedri, S.; Ellis, J.; Emery, S.; Esmaili, A.; Esteve, R.; Evangelisti, A.; Feely, M.; Fedotov, S.; Feng, J.; Fernandez, P.; Fernandez-Martinez, E.; Ferrario, P.; Ferrazzi, B.; Feusels, T.; Finch, A.; Finley, C.; Fiorentini, A.; Fiorillo, G.; Fitton, M.; Frankiewicz, K.; Friend, M.; Fujii, Y.; Fukuda, Y.; Galinski, G.; Gao, J.; Garde, C.; Garfagnini, A.; Garode, S.; Gialanella, L.; Giganti, C.; Gomez-Cadenas, J. J.; Gonin, M.; Gonzalez-Nuevo, J.; Gorin, A.; Gornea, R.; Gousy-Leblanc, V.; Gramegna, F.; Grassi, M.; Grella, G.; Guigue, M.; Gumplinger, P.; Hadley, D. R.; Harada, M.; Hartfiel, B.; Hartz, M.; Hassani, S.; Hastings, N. C.; Hayato, Y.; Hernando-Morata, J. A.; Herrero, V.; Hill, J.; Hiraide, K.; Hirota, S.; Holin, A.; Horiuchi, S.; Hoshina, K.; Hultqvist, K.; Iacob, F.; Ichikawa, A. K.; Idrissi Ibnsalih, W.; Iijima, T.; Ikeda, M.; Inomoto, M.; Inoue, K.; Insler, J.; Ioannisian, A.; Ishida, T.; Ishidoshiro, K.; Ishino, H.; Ishitsuka, M.; Ito, H.; Ito, S.; Itow, Y.; Iwamoto, K.; Izmaylov, A.; Izumi, N.; Izumiyama, S.; Jakkapu, M.; Jamieson, B.; Jang, H. I.; Jang, J. S.; Jenkins, S. J.; Jeon, S. H.; Jiang, M.; H. S., Jo; Jonsson, P.; Joo, K. K.; Kajita, T.; Kakuno, H.; Kameda, J.; Kano, Y.; Kalaczynski, P.; Karlen, D.; Kasperek, J.; Kataoka, Y.; Kato, A.; Katori, T.; Kazarian, N.; Kearns, E.; Khabibullin, M.; Khotjantsev, A.; Kikawa, T.; Kekic, M.; Kim, J. H.; Kim, J. Y.; Kim, S. B.; Kim, S. Y.; King, S.; Kinoshita, T.; Kisiel, J.; Klekotko, A.; Kobayashi, T.; Koch, L.; Koga, M.; Koerich, L.; Kolev, N.; Konaka, A.; Kormos, L. L.; Koshio, Y.; Korzenev, A.; Kotsar, Y.; Kouzakov, K. A.; Kowalik, K. L.; Kravchuk, L.; Kryukov, A. P.; Kudenko, Y.; Kumita, T.; Kurjata, R.; Kutter, T.; Kuze, M.; Kwak, K.; La Commara, M.; Labarga, L.; Lagoda, J.; Lamers James, M.; Lamoureux, M.; Laveder, M.; Lavitola, L.; Lawe, M.; Learned, J. G.; Lee, J.; Leitner, R.; Lezaun, V.; Lim, I. T.; Lindner, T.; Litchfield, R. P.; Long, K. R.; Longhin, A.; Loverre, P.; Lu, X.; Ludovici, L.; Maekawa, Y.; Magaletti, L.; Magar, K.; Mahn, K.; Makida, Y.; Malek, M.; Malinsky, M.; Marchi, T.; Maret, L.; Mariani, C.; Marinelli, A.; Martens, K.; Marti, L.; Martin, J. F.; Martin, D.; Marzec, J.; Matsubara, T.; Matsumoto, R.; Matsuno, S.; Matusiak, M.; Mazzucato, E.; Mccarthy, M.; Mccauley, N.; Mcelwee, J.; Mcgrew, C.; Mefodiev, A.; Medhi, A.; Mehta, P.; Mellet, L.; Menjo, H.; Mermod, P.; Metelko, C.; Mezzetto, M.; Migenda, J.; Migliozzi, P.; Mijakowski, P.; Miki, S.; Miller, E. W.; Minakata, H.; Minamino, A.; Mine, S.; Mineev, O.; Mitra, A.; Miura, M.; Moharana, R.; Mollo, C. M.; Mondal, T.; Mongelli, M.; Monrabal, F.; Moon, D. H.; Moon, C. S.; Mora, F. J.; Moriyama, S.; Mueller, T. A.; Munteanu, L.; Murase, K.; Nagao, Y.; Nakadaira, T.; Nakagiri, K.; Nakahata, M.; Nakai, S.; Nakajima, Y.; Nakamura, K.; Nakamura, K. I.; Nakamura, H.; Nakano, Y.; Nakaya, T.; Nakayama, S.; Nakayoshi, K.; Nascimento Machado, L.; Naseby, C. E. R.; Navarro-Garcia, B.; Needham, M.; Nicholls, T.; Niewczas, K.; Nishimura, Y.; Noah, E.; Nova, F.; Nugent, J. C.; Nunokawa, H.; Obrebski, W.; Ochoa-Ricoux, J. P.; O'Connor, E.; Ogawa, N.; Ogitsu, T.; Ohta, K.; Okamoto, K.; O'Keeffe, H. M.; Okumura, K.; Onishchuk, Y.; Orozco-Luna, F.; Oshlianskyi, A.; Ospina, N.; Ostrowski, M.; O'Sullivan, E.; O'Sullivan, L.; Ovsiannikova, T.; Oyama, Y.; Ozaki, H.; Pac, M. Y.; Paganini, P.; Palladino, V.; Paolone, V.; Pari, M.; Parsa, S.; Pasternak, J.; Pastore, C.; Pastuszak, G.; Patel, D. A.; Pavin, M.; Payne, D.; Pea-Garay, C.; Pidcott, C.; Pinzon Guerra, E.; Playfer, S.; Pointon, B. W.; Popov, A.; Popov, B.; Porwit, K.; Posiadala-Zezula, M.; Poutissou, J. -M.; Pozimski, J.; Pronost, G.; Prouse, N. W.; Przewlocki, P.; Quilain, B.; Quiroga, A. A.; Radicioni, E.; Radics, B.; Rajda, P. J.; Renner, J.; Rescigno, M.; Retiere, F.; Ricciardi, G.; Riccio, C.; Richards, B.; Rondio, E.; Rose, H. J.; Roskovec, B.; Roth, S.; Rott, C.; Rountree, S. D.; Rubbia, A.; Ruggeri, A. C.; Ruggles, C.; Russo, S.; Rychter, A.; Ryu, D.; Sakashita, K.; Samani, S.; Sanchez, F.; Sanchez, M. L.; Sanchez, M. C.; Sano, S.; Santos, J. D.; Santucci, G.; Sarmah, P.; Sashima, I.; Sato, K.; Scott, M.; Seiya, Y.; Sekiguchi, T.; Sekiya, H.; Seo, J. W.; Seo, S. H.; Sgalaberna, D.; Shaikhiev, A.; Shan, Z.; Shaykina, A.; Shimizu, I.; Shin, C. D.; Shinoki, M.; Shiozawa, M.; Sinnis, G.; Skrobova, N.; Skwarczynski, K.; Smy, M. B.; Sobczyk, J.; Sobel, H. W.; Soler, F. J. P.; Sonoda, Y.; Spina, R.; Spisso, B.; Spradlin, P.; Stankevich, K. L.; Stawarz, L.; Stellacci, S. M.; Stopa, K.; Studenikin, A. I.; Suarez Gomez, S. L.; Suganuma, T.; Suvorov, S.; Suwa, Y.; Suzuki, A. T.; Suzuki, S. Y.; Suzuki, Y.; Svirida, D.; Svoboda, R.; Taani, M.; Tada, M.; Takeda, A.; Takemoto, Y.; Takenaka, A.; Taketa, A.; Takeuchi, Y.; Takhistov, V.; Tanaka, H.; Tanaka, H. A.; Tanaka, H. I.; Tanaka, M.; Tashiro, T.; Thiesse, M.; Thompson, L. F.; Toledo, J.; Tomatani-Sanchez, A. K.; Tortone, G.; Tsui, K. M.; Tsukamoto, T.; Tzanov, M.; Uchida, Y.; Vagins, M. R.; Valder, S.; Valentino, V.; Vasseur, G.; Vijayvargi, A.; Vilela, C.; Vinning, W. G. S.; Vivolo, D.; Vladisavljevic, T.; Vogelaar, R. B.; Vyalkov, M. M.; Wachala, T.; Walker, J.; Wark, D.; Wascko, M. O.; Wendell, R. A.; Wilkes, R. J.; Wilking, M. J.; Wilson, J. R.; Wronka, S.; Xia, J.; Xie, Z.; Xin, T.; Yamaguchi, Y.; Yamamoto, K.; Yanagisawa, C.; Yano, T.; Yen, S.; Yershov, N.; Yeum, D. N.; Yokoyama, M.; Yonenaga, M.; Yoo, J.; Yu, I.; Yu, M.; Zakrzewski, T.; Zaldivar, B.; Zalipska, J.; Zaremba, K.; Zarnecki, G.; Ziembicki, M.; Zietara, K.; Zito, M.; Zsoldos, S.

doi:10.3847/1538-4357/abf7c4

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.

Supernova Model Discrimination with Hyper-Kamiokande / Abe, K.; Adrich, P.; Aihara, H.; Akutsu, R.; Alekseev, I.; Ali, A.; Ameli, F.; Anghel, I.; Anthony, L. H. V.; Antonova, M.; Araya, A.; Asaoka, Y.; Ashida, Y.; Aushev, V.; Ballester, F.; Bandac, I.; Barbi, M.; Barker, G. J.; Barr, G.; Batkiewicz-Kwasniak, M.; Bellato, M.; Berardi, V.; Bergevin, M.; Bernard, L.; Bernardini, E.; Berns, L.; Bhadra, S.; Bian, J.; Blanchet, A.; Blaszczyk, F. D. M.; Blondel, A.; Boiano, A.; Bolognesi, S.; Bonavera, L.; Booth, N.; Borjabad, S.; Boschi, T.; Bose, D.; Boyd, S. B.; Bozza, C.; Bravar, A.; Bravo-Berguo, D.; Bronner, C.; Brown, L.; Bubak, A.; Buchowicz, A.; Buizza Avanzini, M.; Cafagna, F. S.; Calabria, N. F.; Calvo-Mozota, J. M.; Cao, S.; Cartwright, S. L.; Carroll, A.; Catanesi, M. G.; Cebrian, S.; Chabera, M.; Chakraborty, S.; Checchia, C.; Choi, J. H.; Choubey, S.; Cicerchia, M.; Coleman, J.; Collazuol, G.; Cook, L.; Cowan, G.; Cuen-Rochin, S.; Danilov, M.; Diaz Lopez, G.; De La Fuente, E.; De Perio, P.; De Rosa, G.; Dealtry, T.; Densham, C. J.; Dergacheva, A.; Deshmukh, N.; Devi, M. M.; Di Lodovico, F.; Di Meo, P.; Di Palma, I.; Doyle, T. A.; Drakopoulou, E.; Drapier, O.; Dumarchez, J.; Dunne, P.; Dziewiecki, M.; Eklund, L.; El Hedri, S.; Ellis, J.; Emery, S.; Esmaili, A.; Esteve, R.; Evangelisti, A.; Feely, M.; Fedotov, S.; Feng, J.; Fernandez, P.; Fernandez-Martinez, E.; Ferrario, P.; Ferrazzi, B.; Feusels, T.; Finch, A.; Finley, C.; Fiorentini, A.; Fiorillo, G.; Fitton, M.; Frankiewicz, K.; Friend, M.; Fujii, Y.; Fukuda, Y.; Galinski, G.; Gao, J.; Garde, C.; Garfagnini, A.; Garode, S.; Gialanella, L.; Giganti, C.; Gomez-Cadenas, J. J.; Gonin, M.; Gonzalez-Nuevo, J.; Gorin, A.; Gornea, R.; Gousy-Leblanc, V.; Gramegna, F.; Grassi, M.; Grella, G.; Guigue, M.; Gumplinger, P.; Hadley, D. R.; Harada, M.; Hartfiel, B.; Hartz, M.; Hassani, S.; Hastings, N. C.; Hayato, Y.; Hernando-Morata, J. A.; Herrero, V.; Hill, J.; Hiraide, K.; Hirota, S.; Holin, A.; Horiuchi, S.; Hoshina, K.; Hultqvist, K.; Iacob, F.; Ichikawa, A. K.; Idrissi Ibnsalih, W.; Iijima, T.; Ikeda, M.; Inomoto, M.; Inoue, K.; Insler, J.; Ioannisian, A.; Ishida, T.; Ishidoshiro, K.; Ishino, H.; Ishitsuka, M.; Ito, H.; Ito, S.; Itow, Y.; Iwamoto, K.; Izmaylov, A.; Izumi, N.; Izumiyama, S.; Jakkapu, M.; Jamieson, B.; Jang, H. I.; Jang, J. S.; Jenkins, S. J.; Jeon, S. H.; Jiang, M.; Jo, H. S.; Jonsson, P.; Joo, K. K.; Kajita, T.; Kakuno, H.; Kameda, J.; Kano, Y.; Kalaczynski, P.; Karlen, D.; Kasperek, J.; Kataoka, Y.; Kato, A.; Katori, T.; Kazarian, N.; Kearns, E.; Khabibullin, M.; Khotjantsev, A.; Kikawa, T.; Kekic, M.; Kim, J. H.; Kim, J. Y.; Kim, S. B.; Kim, S. Y.; King, S.; Kinoshita, T.; Kisiel, J.; Klekotko, A.; Kobayashi, T.; Koch, L.; Koga, M.; Koerich, L.; Kolev, N.; Konaka, A.; Kormos, L. L.; Koshio, Y.; Korzenev, A.; Kotsar, Y.; Kouzakov, K. A.; Kowalik, K. L.; Kravchuk, L.; Kryukov, A. P.; Kudenko, Y.; Kumita, T.; Kurjata, R.; Kutter, T.; Kuze, M.; Kwak, K.; La Commara, M.; Labarga, L.; Lagoda, J.; Lamers James, M.; Lamoureux, M.; Laveder, M.; Lavitola, L.; Lawe, M.; Learned, J. G.; Lee, J.; Leitner, R.; Lezaun, V.; Lim, I. T.; Lindner, T.; Litchfield, R. P.; Long, K. R.; Longhin, A.; Loverre, P.; Lu, X.; Ludovici, L.; Maekawa, Y.; Magaletti, L.; Magar, K.; Mahn, K.; Makida, Y.; Malek, M.; Malinsky, M.; Marchi, T.; Maret, L.; Mariani, C.; Marinelli, A.; Martens, K.; Marti, L.; Martin, J. F.; Martin, D.; Marzec, J.; Matsubara, T.; Matsumoto, R.; Matsuno, S.; Matusiak, M.; Mazzucato, E.; Mccarthy, M.; Mccauley, N.; Mcelwee, J.; Mcgrew, C.; Mefodiev, A.; Medhi, A.; Mehta, P.; Mellet, L.; Menjo, H.; Mermod, P.; Metelko, C.; Mezzetto, M.; Migenda, J.; Migliozzi, P.; Mijakowski, P.; Miki, S.; Miller, E. W.; Minakata, H.; Minamino, A.; Mine, S.; Mineev, O.; Mitra, A.; Miura, M.; Moharana, R.; Mollo, C. M.; Mondal, T.; Mongelli, M.; Monrabal, F.; Moon, D. H.; Moon, C. S.; Mora, F. J.; Moriyama, S.; Mueller, T. A.; Munteanu, L.; Murase, K.; Nagao, Y.; Nakadaira, T.; Nakagiri, K.; Nakahata, M.; Nakai, S.; Nakajima, Y.; Nakamura, K.; Nakamura, K. I.; Nakamura, H.; Nakano, Y.; Nakaya, T.; Nakayama, S.; Nakayoshi, K.; Nascimento Machado, L.; Naseby, C. E. R.; Navarro-Garcia, B.; Needham, M.; Nicholls, T.; Niewczas, K.; Nishimura, Y.; Noah, E.; Nova, F.; Nugent, J. C.; Nunokawa, H.; Obrebski, W.; Ochoa-Ricoux, J. P.; O'Connor, E.; Ogawa, N.; Ogitsu, T.; Ohta, K.; Okamoto, K.; O'Keeffe, H. M.; Okumura, K.; Onishchuk, Y.; Orozco-Luna, F.; Oshlianskyi, A.; Ospina, N.; Ostrowski, M.; O'Sullivan, E.; O'Sullivan, L.; Ovsiannikova, T.; Oyama, Y.; Ozaki, H.; Pac, M. Y.; Paganini, P.; Palladino, V.; Paolone, V.; Pari, M.; Parsa, S.; Pasternak, J.; Pastore, C.; Pastuszak, G.; Patel, D. A.; Pavin, M.; Payne, D.; Pea-Garay, C.; Pidcott, C.; Pinzon Guerra, E.; Playfer, S.; Pointon, B. W.; Popov, A.; Popov, B.; Porwit, K.; Posiadala-Zezula, M.; Poutissou, J. -M.; Pozimski, J.; Pronost, G.; Prouse, N. W.; Przewlocki, P.; Quilain, B.; Quiroga, A. A.; Radicioni, E.; Radics, B.; Rajda, P. J.; Renner, J.; Rescigno, M.; Retiere, F.; Ricciardi, G.; Riccio, C.; Richards, B.; Rondio, E.; Rose, H. J.; Roskovec, B.; Roth, S.; Rott, C.; Rountree, S. D.; Rubbia, A.; Ruggeri, A. C.; Ruggles, C.; Russo, S.; Rychter, A.; Ryu, D.; Sakashita, K.; Samani, S.; Sanchez, F.; Sanchez, M. L.; Sanchez, M. C.; Sano, S.; Santos, J. D.; Santucci, G.; Sarmah, P.; Sashima, I.; Sato, K.; Scott, M.; Seiya, Y.; Sekiguchi, T.; Sekiya, H.; Seo, J. W.; Seo, S. H.; Sgalaberna, D.; Shaikhiev, A.; Shan, Z.; Shaykina, A.; Shimizu, I.; Shin, C. D.; Shinoki, M.; Shiozawa, M.; Sinnis, G.; Skrobova, N.; Skwarczynski, K.; Smy, M. B.; Sobczyk, J.; Sobel, H. W.; Soler, F. J. P.; Sonoda, Y.; Spina, R.; Spisso, B.; Spradlin, P.; Stankevich, K. L.; Stawarz, L.; Stellacci, S. M.; Stopa, K.; Studenikin, A. I.; Suarez Gomez, S. L.; Suganuma, T.; Suvorov, S.; Suwa, Y.; Suzuki, A. T.; Suzuki, S. Y.; Suzuki, Y.; Svirida, D.; Svoboda, R.; Taani, M.; Tada, M.; Takeda, A.; Takemoto, Y.; Takenaka, A.; Taketa, A.; Takeuchi, Y.; Takhistov, V.; Tanaka, H.; Tanaka, H. A.; Tanaka, H. I.; Tanaka, M.; Tashiro, T.; Thiesse, M.; Thompson, L. F.; Toledo, J.; Tomatani-Sanchez, A. K.; Tortone, G.; Tsui, K. M.; Tsukamoto, T.; Tzanov, M.; Uchida, Y.; Vagins, M. R.; Valder, S.; Valentino, V.; Vasseur, G.; Vijayvargi, A.; Vilela, C.; Vinning, W. G. S.; Vivolo, D.; Vladisavljevic, T.; Vogelaar, R. B.; Vyalkov, M. M.; Wachala, T.; Walker, J.; Wark, D.; Wascko, M. O.; Wendell, R. A.; Wilkes, R. J.; Wilking, M. J.; Wilson, J. R.; Wronka, S.; Xia, J.; Xie, Z.; Xin, T.; Yamaguchi, Y.; Yamamoto, K.; Yanagisawa, C.; Yano, T.; Yen, S.; Yershov, N.; Yeum, D. N.; Yokoyama, M.; Yonenaga, M.; Yoo, J.; Yu, I.; Yu, M.; Zakrzewski, T.; Zaldivar, B.; Zalipska, J.; Zaremba, K.; Zarnecki, G.; Ziembicki, M.; Zietara, K.; Zito, M.; Zsoldos, S.. - In: THE ASTROPHYSICAL JOURNAL. - ISSN 0004-637X. - 916:1(2021), p. 15. [10.3847/1538-4357/abf7c4]