Kosmische straling die bestaat uit hoogenergetische elektrisch geladen deeltjes bombarderen voortdurend de atmosfeer van de aarde. Deze deeltjes komen uit de diepe ruimte en hebben miljarden lichtjaren afgelegd. Maar waar komen ze vandaan? Wat schiet hen met zo’n enorme kracht door het heelal? Deze vragen behoren al meer dan een eeuw tot de belangrijkste uitdagingen van de astrofysica.
Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de Universiteit van Würzburg en Universiteit van Genève (UNIGE) werpt licht op één aspect van dit mysterie: men denkt dat neutrino’s geboren worden in blazars, galactische kernen die gevoed worden door superzware zwarte gaten.
Sara Buson heeft het altijd als een belangrijke taak beschouwd. In 2017 introduceerden de onderzoeker en zijn medewerkers voor het eerst een blazar (TXS 0506+056) als potentiële neutrinobron. Die studie leidde tot een wetenschappelijk debat over de vraag of er werkelijk een verband bestaat tussen blazars en hoogenergetische neutrino's.
Na deze eerste, positieve stap te hebben gezet, ontving het team van prof. Buson financiering van de Europese Onderzoeksraad om in juni 2021 een ambitieus multi-messenger onderzoeksproject te lanceren. Het analyseren van talloze signalen (of ‘boodschappers’, bijvoorbeeld neutrino’s) uit het heelal is vereist. Het primaire doel is om licht te werpen op de oorsprong van astrofysische neutrino's, wat mogelijk een bevestiging kan zijn blazars als de eerste zeer zekere bron van hoogenergetische extragalactische neutrino's.
Het project vertoont nu zijn eerste succes. Wetenschappers bevestigen dat blazars met een ongekende mate van zekerheid met astrofysische neutrino's kunnen worden geassocieerd.
Andrea Tramacere van de Universiteit van Genève zei: “Het accretieproces en de rotatie van het zwarte gat leiden tot de vorming van relativistische jets, waarbij deeltjes worden versneld en straling uitzenden tot energieën van duizend miljard keer die van zichtbaar licht! De ontdekking van het verband tussen deze objecten en de kosmische straling zou wel eens de ‘Rosetta-steen’ van de hoogenergetische astrofysica kunnen zijn!”
Wetenschappers gebruikten neutrinogegevens van het IceCube Neutrino Observatory op Antarctica en BZCat, een van de meest nauwkeurige catalogi van blazars. Met behulp van deze gegevens moesten ze bewijzen dat de blazars waarvan de richtingsposities samenvielen met die van de neutrino's daar niet toevallig waren.
Wetenschappers ontwikkelen vervolgens software die kan schatten in hoeverre de verdelingen van deze objecten in de lucht er hetzelfde uitzien.
Andrea Tramacere zei: “Nadat we de dobbelstenen verschillende keren hadden gegooid, ontdekten we dat de willekeurige associatie slechts één keer op de miljoen pogingen groter kon zijn dan die van de echte gegevens! Dit is een sterk bewijs dat onze associaties correct zijn.”
Ondanks hun prestatie is het onderzoeksteam van mening dat het aantal dingen in deze eerste steekproef slechts het ‘topje van de ijsberg’ is. Dankzij hun inspanningen hebben ze ‘nieuw observationeel bewijs’ verzameld, wat de belangrijkste component is bij het creëren van nauwkeurigere modellen van astrofysische versnellers.
Wetenschappers bekend, “Wat we nu moeten doen, is het belangrijkste verschil begrijpen tussen objecten die neutrino’s uitstoten en objecten die dat niet doen. Dit zal ons helpen te begrijpen in hoeverre de omgeving en de versneller met elkaar ‘praten’. We zullen dan in staat zijn sommige modellen uit te sluiten, de voorspellende kracht van andere te verbeteren en uiteindelijk meer stukjes toe te voegen aan de eeuwige puzzel van de versnelling van kosmische straling!”
Journal Reference:
- Sara Buson, Andrea Tramacere, et al. Een reis door het heelal beginnen: de ontdekking van extragalactische neutrinofabrieken. Gepubliceerd 2022 juli 14 • © 2022. De auteur(s). Gepubliceerd door de Amerikaanse Astronomische Vereniging DOI: 10.3847/2041-8213/ac7d5b
