De oorsprong van hoogenergetische neutrino's is voor het eerst 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 – to gain further understanding of the different events and processes from which they have originated. We know about stars and particularly the sun by studying neutrinos. There is so much more to be learnt about the universum and understanding how neutrinos function is the most important step for any scientist interested in Physics and Astronomy.
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, planeten en sterrenstelsels te weerstaan. 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 energie, komt uit diepere gebieden van de ruimte. Dit is de reden dat de exacte oorsprong van deze ongrijpbare zwervers nog steeds onbekend was en ze worden ‘spookdeeltjes’ genoemd.
Herkomst hoogenergetische neutrino opgespoord
In baanbrekende tweelingstudies in de astronomie, gepubliceerd in Wetenschap, hebben onderzoekers voor het eerst de oorsprong getraceerd van een spookachtig subatomair deeltje neutrino dat diep in ijs op Antarctica werd gevonden nadat het 3.7 miljard jaar naar de planeet Aarde had gereisd1,2. 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 ijs geboord, elk anderhalve mijl 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 die bestaat 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 fietsen, de krachtigste deeltjesversneller op deze planeet. Toen deze detectie eenmaal was gedaan, verzamelde en verzamelde een real-time systeem methodisch gegevens, voor het hele elektromagnetische spectrum, van laboratoria op aarde en in de ruimte over de oorsprong van dit neutrino.
The neutrino was successfully traced back to a luminous galaxy known as the “blazer”. Blazer is a gigantic elliptical active galaxy with two jets which emit neutrinos and gamma rays. It has a distinctive supermassive and swiftly spinning zwart gat at its centre and the galaxy moves towards Earth around the speed of light. One of the jets of the blazer is of a blazing bright character and it points directly at earth giving this galaxy its name. The blazer galaxy is located to the left of Orion constellation and this distance is about 4 billion light-years from Earth. Both neutrinos and gamma rays were detected by the observatory and also a total of 20 telescopes on Earth and in space. This first study1 showed the detection of neutrinos and a second subsequent study2 showed that the blazer galaxy had produced these neutrinos earlier also in 2014 and 2015. The blazer is definitely a source of extremely energetic neutrinos and thus of cosmic rays as well.
Baanbrekende ontdekking in de astronomie
The discovery of these neutrinos is a major success and it can enable the study and observation of the universum in an unmatched manner. Scientists state that this discovery might help them to trace back, for the very first time, the origins of the mysterious cosmic rays. These rays are fragments of atoms which come down to Earth from outside the solar system blazing at the speed of light. They are blamed for causing problems to satellites, communications systems etc. In contrast to neutrinos, cosmic rays are charged particles thus magnetic fields keep affecting and changing their path and this makes it impossible to trace back their origins. Cosmic rays have been the subject of research in astronomy for a long time and though they were discovered in 1912, cosmic rays remain a big mystery.
In the future, a neutrino observatory on a larger scale using similar infrastructure as used in this study can achieve faster results and more detections can be made to unravel new sources of neutrinos. This study done by recording multiple observations and taking cognizance of data across the electromagnetic spectrum is crucial to further our understanding of the universum the mechanisms of physics that govern it. It’s a prime illustration of “multimessenger” astronomy which uses at least two different types of signal to examine the cosmos making it more powerful and accurate in making such discoveries possible. This approach has helped discover neutron star collision and also zwaartekrachtgolven in the recent past. Each of these messengers provide us new knowledge about the universum and powerful events in the atmosphere. Also, it can assist in understanding more about the extreme events which occurred millions of years ago setting out these particles to make their journey to Earth.
***
{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
***
