De oorsprong van hoge energie neutrino zijn voor de allereerste keer opgespoord, waarmee een belangrijk astronomisch mysterie is opgelost
Om meer te begrijpen en te leren energie-niveau of materie, de studie van de mysterieuze subatomaire deeltjes is zeer cruciaal. Natuurkundigen kijken naar subatomaire deeltjes - neutrino's – om meer inzicht te krijgen in de verschillende gebeurtenissen en processen waaruit deze zijn voortgekomen. We weten over sterren en vooral over de zon door te studeren neutrino's. Er valt nog zoveel meer te leren over de universum en begrijpen hoe neutrino's functioneren is de belangrijkste stap voor elke wetenschapper die geïnteresseerd is in natuurkunde en astronomie.
Wat zijn neutrino's?
Neutrino's zijn dampvormige (en zeer vluchtige) deeltjes met vrijwel geen massa, geen elektrische lading en kunnen door elk type materie heen gaan zonder enige verandering op zichzelf. Neutrino's kunnen dit bereiken door extreme omstandigheden en dichte omgevingen zoals sterren te weerstaan, vliegtuig en sterrenstelsels. Een belangrijk kenmerk van neutrino's is dat ze nooit interactie hebben met de materie in hun omgeving, wat het analyseren ervan zeer lastig maakt. Ze bestaan ook in drie ‘smaken’: elektron, tau en muon, en ze schakelen tussen deze smaken wanneer ze oscilleren. Dit wordt het ‘mengfenomeen’ genoemd en dit is het vreemdste onderzoeksgebied bij het uitvoeren van experimenten met neutrino’s. De sterkste eigenschap van neutrino’s is dat ze unieke informatie over hun exacte oorsprong bevatten. Dit komt voornamelijk omdat neutrino's weliswaar zeer energetisch zijn, maar geen lading bezitten en daarom onaangetast blijven door magnetische velden van welke kracht dan ook. De oorsprong van neutrino's is niet volledig bekend. De meeste daarvan komen van de zon, maar een klein aantal, vooral degenen met hoge energieën, komt uit diepere gebieden ruimte. Dit is de reden dat de exacte oorsprong van deze ongrijpbare zwervers nog steeds onbekend was en dat ze ‘spookdeeltjes’ worden genoemd.
Herkomst hoogenergetische neutrino opgespoord
In baanbrekende tweelingstudies in de astronomie, gepubliceerd in Wetenschaphebben onderzoekers voor het eerst de oorsprong getraceerd van een spookachtig subatomair deeltje-neutrino dat diep in het ijs op Antarctica werd gevonden nadat het 3.7 miljard jaar had gereisd naar vliegtuig De aarde 1,2. Dit werk wordt bereikt door een samenwerking van meer dan 300 wetenschappers en 49 instellingen. Hoogenergetische neutrino's werden gedetecteerd door de grootste IceCube-detector ooit, opgesteld op de Zuidpool door het IceCube Neutrino Observatory, diep in de ijslagen. Om hun doel te bereiken werden 86 gaten in het ijs geboord, elk anderhalve kilometer diep, en verspreid over een netwerk van meer dan 5000 lichtsensoren, waardoor een totale oppervlakte van 1 kubieke kilometer werd bestreken. IceCube-detector, beheerd door de Amerikaanse National Science Foundation, is een gigantische detector bestaande uit 86 kabels die in boorgaten worden geplaatst die zich uitstrekken tot diep ijs. De detectoren registreren het speciale blauwe licht dat wordt uitgezonden wanneer een neutrino interageert met een atoomkern. Er werden veel hoogenergetische neutrino's gedetecteerd, maar ze waren onvindbaar totdat een neutrino met een energie van 300 biljoen elektronvolt met succes werd gedetecteerd onder een ijskap. Deze energie is bijna 50 keer groter dan de energie van de protonen die door de Large Hardon Collider cirkelen, de krachtigste deeltjesversneller op dit gebied. vliegtuig. Zodra deze detectie was uitgevoerd, verzamelde en compileerde een real-time systeem op methodische wijze gegevens voor het gehele elektromagnetische spectrum, van laboratoria op aarde en in ruimte over de oorsprong van dit neutrino.
Het neutrino is met succes terug te voeren op een lichtgevende stof melkweg bekend als de ‘blazer’. Blazer is een gigantische elliptische active melkweg met twee jets die neutrino's en gammastraling uitzenden. Het heeft een kenmerkende supermassieve en snel draaiende zwart gat in het midden en de melkweg beweegt zich richting de aarde met de snelheid van het licht. Eén van de jets van de blazer heeft een laaiend helder karakter en wijst direct naar de aarde waardoor dit ontstaat melkweg Zijn naam. De blazer melkweg bevindt zich links van het sterrenbeeld Orion en deze afstand bedraagt ongeveer 4 miljard lichtjaar van de aarde. Zowel neutrino's als gammastraling werden gedetecteerd door het observatorium en ook door in totaal twintig telescopen op aarde en in ruimte. Uit deze eerste studie1 bleek de detectie van neutrino's en uit een tweede daaropvolgende studie2 bleek dat de blazer melkweg had deze neutrino's eerder ook in 2014 en 2015 geproduceerd. De blazer is beslist een bron van extreem energetische neutrino's en dus ook van kosmische straling.
Baanbrekende ontdekking in de astronomie
De ontdekking van deze neutrino's is een groot succes en kan de studie en observatie van de neutrino's mogelijk maken universum op een ongeëvenaarde manier. Wetenschappers beweren dat deze ontdekking hen zou kunnen helpen om voor het eerst de oorsprong van de mysterieuze kosmische straling te achterhalen. Deze stralen zijn fragmenten van atomen die van buiten het zonnestelsel naar de aarde komen en bliksemsnel met de snelheid van het licht. Zij krijgen de schuld voor het veroorzaken van problemen met satellieten, communicatiesystemen enz. In tegenstelling tot neutrino's zijn kosmische straling geladen deeltjes, waardoor magnetische velden hun pad blijven beïnvloeden en veranderen, en dit maakt het onmogelijk om hun oorsprong te traceren. Kosmische straling is al lange tijd het onderwerp van onderzoek in de astronomie en hoewel ze in 1912 werden ontdekt, blijft kosmische straling een groot mysterie.
In de toekomst kan een neutrino-observatorium op grotere schaal met behulp van een vergelijkbare infrastructuur als gebruikt in dit onderzoek snellere resultaten bereiken en kunnen er meer detecties worden gedaan om nieuwe bronnen van neutrino's te ontrafelen. Deze studie, uitgevoerd door meerdere waarnemingen vast te leggen en kennis te nemen van gegevens over het hele elektromagnetische spectrum, is cruciaal voor het vergroten van ons begrip van de universum de mechanismen van de natuurkunde die dit beheersen. Het is een uitstekende illustratie van de 'multisensor'-astronomie, die ten minste twee verschillende soorten signalen gebruikt om de kosmos te onderzoeken, waardoor deze krachtiger en nauwkeuriger wordt in het mogelijk maken van dergelijke ontdekkingen. Deze aanpak heeft geholpen bij het ontdekken van botsingen tussen neutronensterren zwaartekrachtgolven in het recente verleden. Elk van deze boodschappers verschaft ons nieuwe kennis over de universum en krachtige gebeurtenissen in de atmosfeer. Ook kan het helpen om meer inzicht te krijgen in de extreme gebeurtenissen die miljoenen jaren geleden hebben plaatsgevonden en waarbij deze deeltjes hun reis naar de aarde hebben gemaakt.
***
{U kunt de originele onderzoekspaper lezen door op de DOI-link hieronder in de lijst met geciteerde bron(nen) te klikken}
Bron (nen)
1.De IceCube-samenwerking et al. 2018. Multimessenger-waarnemingen van een affakkelende blazar die samenvalt met het hoogenergetische neutrino IceCube-170922A. Wetenschap. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat1378
2.De IceCube-samenwerking et al. 2018. Neutrino-emissie uit de richting van de blazar TXS 0506+056 voorafgaand aan de IceCube-170922A-waarschuwing. Wetenschap. 361 (6398). https://doi.org/10.1126/science.aat2890
***
