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 – meer inzicht krijgen in de verschillende gebeurtenissen en processen waaruit ze zijn ontstaan. We weten over sterren en vooral de zon door neutrino's te bestuderen. Er valt nog zoveel meer te leren over het universum en begrijpen hoe neutrino's functioneren is de belangrijkste stap voor elke wetenschapper die geïnteresseerd is in natuurkunde en sterrenkunde.
Wat zijn neutrino's?
Neutrino's zijn dampvormige (en zeer vluchtige) deeltjes met bijna geen massa, geen elektrische lading en ze kunnen door elk soort materie gaan zonder enige verandering op zich. 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 en dit maakt ze zeer uitdagend om te analyseren. Ze bestaan ook in drie "smaken" - elektron, tau en muon, en ze schakelen tussen deze smaken wanneer ze oscilleren. Dit wordt het 'vermenging'-fenomeen genoemd en dit is het vreemdste studiegebied bij het uitvoeren van experimenten op neutrino's. De sterkste eigenschappen van neutrino's is dat ze unieke informatie bevatten over hun exacte herkomst. Dit komt voornamelijk omdat neutrino's, hoewel ze zeer energiek zijn, geen lading hebben en daarom onaangetast blijven door magnetische velden van welke kracht dan ook. De oorsprong van neutrino's is niet volledig bekend. De meeste komen van de zon, maar een klein aantal, vooral degenen met hoge energieën, komen uit diepere gebieden van de ruimte. Dit is de reden dat de exacte oorsprong van deze ongrijpbare zwervers nog onbekend was en dat ze "spookdeeltjes" worden 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.
Het neutrino werd met succes teruggevoerd naar een lichtgevend sterrenstelsel dat bekend staat als de "blazer". Blazer is een gigantisch elliptisch actief sterrenstelsel met twee jets die neutrino's en gammastraling uitzenden. Het heeft een kenmerkend superzwaar en snel ronddraaiend zwart gat in het centrum en het sterrenstelsel beweegt zich met de snelheid van het licht naar de aarde. Een van de jets van de blazer heeft een laaiend helder karakter en hij wijst direct naar de aarde en geeft deze melkweg zijn naam. Het Blazerstelsel bevindt zich links van het sterrenbeeld Orion en deze afstand is ongeveer 4 miljard lichtjaar van de aarde. Zowel neutrino's als gammastraling werden gedetecteerd door het observatorium en ook in totaal 20 telescopen op aarde en in de ruimte. Deze eerste studie1 toonde de detectie van neutrino's en een tweede daaropvolgende studie2 toonde aan dat het blazerstelsel deze neutrino's eerder ook in 2014 en 2015 had geproduceerd. De blazer is zeker 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 het heelal op een ongeëvenaarde manier mogelijk maken. Wetenschappers stellen 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 met de snelheid van het licht van buiten het zonnestelsel naar de aarde komen. Ze worden beschuldigd van het veroorzaken van problemen met satellieten, communicatiesystemen enz. In tegenstelling tot neutrino's zijn kosmische straling geladen deeltjes, dus magnetische velden blijven hun pad beïnvloeden en veranderen, waardoor het onmogelijk is om hun oorsprong te traceren. Kosmische straling is lange tijd onderwerp geweest 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 een vergelijkbare infrastructuur als gebruikt in dit onderzoek snellere resultaten opleveren 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 elektromagnetische spectrum, is van cruciaal belang om ons begrip van het universum te vergroten, de mechanismen van de fysica die het beheersen. Het is een uitstekende illustratie van de "multimessenger"-astronomie die ten minste twee verschillende soorten signalen gebruikt om de kosmos te onderzoeken, waardoor het krachtiger en nauwkeuriger wordt om dergelijke ontdekkingen mogelijk te maken. Deze benadering heeft in het recente verleden bijgedragen aan het ontdekken van botsingen tussen neutronensterren en ook aan zwaartekrachtsgolven. Elk van deze boodschappers verschaft ons nieuwe kennis over het universum en krachtige gebeurtenissen in de atmosfeer. Het kan ook helpen om meer te begrijpen over de extreme gebeurtenissen die miljoenen jaren geleden plaatsvonden en deze deeltjes op weg zetten om hun reis naar de aarde te maken.
***
{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
***
