The origins of high-energy neutrino have been traced for the very first time, solving an important astronomic mystery
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 neutrino's. There is so much more to be learnt about the 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?
Neutrinos are vaporous (and very volatile) particles with almost no mass, no electric charge and they can pass through any type of matter without any alteration in themselves. Neutrinos can achieve this by withstanding extreme conditions and dense environments like stars, vliegtuig en sterrenstelsels. An important trait of neutrinos is that they never interact with the matter in their surroundings and this makes them very challenging to analyse. Also, they exist in three “flavours” – electron, tau and muon and they switch between these flavours when they are oscillating. This is called the “mixing” phenomena and this is the strangest area of study when conducting experiments on neutrinos. The strongest characteristics of neutrinos is that they carry unique information about their exact origin. This is mainly because neutrinos are though highly energetic, they possess no charge therefore they remain unaffected by magnetic fields of any power. The origin of neutrinos is not completely known. Most of them come from the sun but a small number especially the ones having high energies come from deeper regions of ruimte. This is the reason that the exact origin of these elusive wanderers was still unknown and they are referred to as “ghost particles”.
Herkomst hoogenergetische neutrino opgespoord
In baanbrekende tweelingstudies in de astronomie, gepubliceerd in Wetenschap, researchers have for the first time traced the origin of a ghostly sub-atomic particle neutrino which was found deep in ice in Antarctica after it travelled 3.7 billion years to vliegtuig De aarde 1,2. This work is achieved by a collaboration of over 300 scientists and 49 institutions. High-energy neutrinos were detected by largest ever IceCube detector set up at South Pole by the IceCube Neutrino Observatory deep into the layers of ice. To achieve their goal, 86 holes were drilled into ice, each one and half miles deep, and spread over a network of more than 5000 light sensors thus covering a total area of 1 cubic kilometre. IceCube detector, managed by US National Science Foundation, is a giant detector consisting of 86 cables which are put in boreholes extending up to deep ice. The detectors record the special blue light which is emitted when a neutrino interacts with an atomic nucleus. Many high-energy neutrinos were detected but they were untraceable until a neutrino with an energy of 300 trillion electron volts was detected successfully beneath an ice cap. This energy is almost 50 times bigger than the energy of the protons which cycle through Large Hardon Collider which is the utmost powerful particle accelerator on this vliegtuig. Once this detection was done, a real time system methodically gathered and compiled data, for the entire electromagnetic spectrum, from laboratories on Earth and in ruimte about this neutrino’s origin.
The neutrino was successfully traced back to a luminous melkweg known as the “blazer”. Blazer is a gigantic elliptical active melkweg with two jets which emit neutrinos and gamma rays. It has a distinctive supermassive and swiftly spinning zwart gat in het midden en de melkweg 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 melkweg its name. The blazer melkweg 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 ruimte. This first study1 showed the detection of neutrinos and a second subsequent study2 showed that the blazer melkweg 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
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
***
