Een enorm neutrino-observatorium diep begraven in de Antarctisch ijs heeft pas de tweede extragalactische bron van de ongrijpbare deeltjes ontdekt die ooit is gevonden.
Bij resultaten vorige week gepubliceerd in Wetenschap, de IceCube-samenwerking meldt de detectie van neutrino's van een "actief sterrenstelsel" genaamd NGC 1068, dat ongeveer 47 miljoen lichtjaar van de aarde verwijderd is.
Hoe een neutrino te spotten
Neutrino's zijn zeer schuwe fundamentele deeltjes die niet vaak met iets anders interageren. Toen ze in de jaren vijftig voor het eerst werden ontdekt, realiseerden natuurkundigen zich al snel dat ze in sommige opzichten ideaal zouden zijn voor astronomie.
Omdat neutrino's zo zelden iets met andere deeltjes te maken hebben, kunnen ze ongehinderd door het heelal reizen. Door hun verlegenheid zijn ze echter ook moeilijk te detecteren. Om genoeg te vangen om bruikbaar te zijn, heb je een hele grote detector nodig.
Dat is waar IceCube om de hoek komt kijken. In de loop van zeven zomers van 2005 tot 2011 boorden wetenschappers van het Amerikaanse Amundsen-Scott South Pole Station 86 gaten in het ijs met een heetwaterboor. Elk gat is bijna 2.5 kilometer diep, ongeveer 60 centimeter breed, en bevat 60 lichtdetectoren ter grootte van een basketbal die aan een lang stuk kabel zijn bevestigd.
Hoe helpt dit ons neutrino's te detecteren? Af en toe botst een neutrino tegen een proton of neutron in het ijs in de buurt van een detector. De botsing produceert een veel zwaarder deeltje, een muon genaamd, dat zo snel reist dat het een blauwe gloed uitzendt, die de lichtdetectoren kunnen oppikken.
Door te meten wanneer dit licht bij verschillende detectoren aankomt, kan worden berekend uit welke richting het muon (en neutrino) kwam. Kijkend naar de energieën van de deeltjes, blijkt dat de meeste neutrino's die IceCube detecteert in de atmosfeer van de aarde ontstaan.
Een klein deel van de neutrino's komt echter uit de ruimte. Sinds 2022 zijn er duizenden neutrino's van ergens in het verre universum geïdentificeerd.
Waar komen neutrino's vandaan?
Ze lijken redelijk gelijkmatig uit alle richtingen te komen, zonder duidelijke lichtpuntjes. Dit betekent dat er veel bronnen van neutrino's moeten zijn.
Maar wat zijn deze bronnen? Er zijn tal van kandidaten, exotisch klinkende objecten zoals actieve sterrenstelsels, quasars, blazars en gammastraaluitbarstingen.
In 2018 kondigde IceCube de ontdekking aan van de eerste geïdentificeerde hoogenergetische neutrino-emitter: een blazar, een bepaald soort melkwegstelsel dat toevallig een straal hoogenergetische deeltjes in de richting van de aarde afvuurt.
Bekend als TXS 0506+056, werd de blazar geïdentificeerd nadat IceCube een enkele hoogenergetische neutrino zag en een urgent telegram van een astronoom uitzond. Andere telescopen haastten zich om TXS 0506+056 te bekijken en ontdekten dat deze tegelijkertijd ook veel gammastraling uitzond.
Dit is logisch, omdat we denken dat blazars werken door protonen tot extreme snelheden te stuwen, en deze hoogenergetische protonen interageren vervolgens met ander gas en straling om zowel gammastraling als neutrino's te produceren.
Een actieve melkweg
De blazar was de eerste buitengalactische bron ooit ontdekt. In deze nieuwe studie identificeerde IceCube de tweede.
De IceCube-wetenschappers onderzochten het eerste decennium aan gegevens die ze hadden verzameld opnieuw en pasten mooie nieuwe methoden toe om scherpere metingen van neutrinorichtingen en energie uit te voeren.
Het resultaat was dat een toch al interessant lichtpuntje in de neutrinogloed op de achtergrond scherper in beeld kwam. Ongeveer 80 neutrino's waren afkomstig van een redelijk dichtbij gelegen, goed bestudeerd sterrenstelsel genaamd NGC 1068 (ook bekend als M77, aangezien het de 77e vermelding is in de beroemde 18e-eeuwse catalogus van interessante astronomische objecten gemaakt door de Franse astronoom Charles Messier).
Gelegen op ongeveer 47 miljoen lichtjaar van de aarde, is NGC 1068 een bekend "actief sterrenstelsel", een sterrenstelsel met een extreem heldere kern. Het is ongeveer 100 keer dichterbij dan de blazar TXS 0506+056, en zijn hoek ten opzichte van ons betekent dat gammastraling vanuit de kern door stof aan ons zicht wordt onttrokken. Maar neutrino's vliegen vrolijk dwars door het stof de ruimte in.
Deze nieuwe ontdekking zal astrofysici en astronomen een schat aan informatie verschaffen over wat er precies gaande is in NGC 1068. Er zijn al honderden artikelen die proberen uit te leggen hoe de binnenste kern van het sterrenstelsel werkt, en de nieuwe IceCube-gegevens voegen wat informatie toe over neutrino's die zal helpen om deze modellen te verfijnen.
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Krediet van het beeld: NASA/ESA/A. van der Hoeven
