IceCube neutrino's wijzen op lang gezochte versneller van kosmische straling
Spookdeeltje afkomstig van superzwaar zwart gat
Donderdag 12 juli 2018 — Een team van internationale wetenschappers heeft het eerste bewijs gevonden van een hoog-energetische bron van kosmische neutrino's. Het gemeten neutrino is afkomstig van een superzwaar zwart gat. VUB-onderzoekers liggen mede ten grondslag aan de opzienbarende bevinding. VUB-professor Nick van Eijndhoven: “Met deze ontdekking kunnen we eeuwenoude raadsels over het heelal oplossen: wat is de motor van kosmische straling, zoals neutrino’s.”
Neutrino's zijn spookachtige subatomaire deeltjes onder meer afkomstig uit de meest extreme omgevingen in het heelal en kunnen na een reis van miljarden lichtjaren zelfs de aarde bereiken. De waarnemingen zijn gedaan door het IceCube Neutrino Observatorium op het zuidpoolstation Amundsen–Scott en wereldwijd bevestigd door telescopen. Kosmische stralen (hoog-energetische deeltjes die continu uit de hemel regenen) zijn sinds hun ontdekking meer dan honderd jaar geleden, nog steeds een mysterie. Hoe ontstaan deze deeltjes en hoe kunnen ze ongehinderd zulke grote afstanden afleggen? Waar komen ze vandaan?
Twee artikelen in Science
In het wetenschappelijke tijdschrift Science van deze week (13 juli 2018) staan twee artikelen waarin voor de eerste keer het bewijs wordt geleverd dat sommige van de waargenomen hoogenergetische neutrino's afkomstig waren van een bekende blazar. Een blazar is een superzwaar zwart gat in het centrum van een actief reusachtig elliptisch sterrenstelsel.
Twee observatoria voor gammastralen, NASA’s Fermi ruimtetelescoop en de MAGIC Cherenkov telescoop op de Canarische Eilanden, ontdekten een explosie aan hoogenergetische gammastralen geassocieerd met het betreffende zwarte gat. Nick van Eijndhoven: "Deze waarnemingen impliceerden overtuigend dat de blazar de meest waarschijnlijke bron is."
De waarnemingen worden verder ondersteund door toevallige metingen met andere instrumenten, waaronder optische, radio- en röntgentelescopen.
Mysterie uit 1912
De Oostenrijkse natuurkundige Victor Hess bewees in 1912 dat de ioniserende deeltjes die wetenschappers in de atmosfeer waarnamen uit de ruimte kwamen. Kosmische stralen zijn de krachtigste energetische deeltjes ooit waargenomen, met tot honderd miljoen keer meer energie dan de deeltjes in de Large Hadron Collider bij CERN in Zwitserland, de krachtigste door de mens gemaakte deeltjesversneller. Deze extreem hoge energetische kosmische stralen kunnen alleen buiten ons melkwegstelsel ontstaan en hun bronnen waren tot nu toe een mysterie. Wetenschappers speculeerden dat de meest gewelddadige objecten in de kosmos, zoals overblijfselen van supernova's, botsende melkwegstelsels, de mysterieuze gammaflitsen en de energieke kernen van zwarte gaten, ook bekend als actieve melkwegkernen, zoals blazars, de bronnen zouden kunnen zijn.
IceCube op de Zuidpool
De ontdekking van de krachtigste energetische neutrino's vereist een massieve deeltjesdetector, en IceCube is qua volume de grootste ter wereld. De detector is omringd door een kubieke kilometer ongerept ijs, ligt een mijl onder het oppervlak van de Zuidpool en is samengesteld uit meer dan 5000 op een raster gerangschikte lichtsensoren.
De IceCube Collaboratie, met meer dan 300 wetenschappers verspreid over 49 instituten wereldwijd, voert een uitgebreid wetenschappelijk programma uit dat de fundamenten van neutrino-astronomie heeft gevestigd. De onderzoeksinspanningen, waaronder essentiële bijdragen aan de detectoroperatie, worden gefinancierd door financieringsinstanties uit Australië, België, Canada, Denemarken, Duitsland, Japan, Nieuw-Zeeland, de Republiek Korea, Zweden, Zwitserland, het Verenigd Koninkrijk en de VS https://icecube.wisc.edu/collaboration/institutions
Ongeveer 20 observatoria op aarde en in de ruimte hebben deelgenomen aan de identificatie van wat wetenschappers beschouwen als een bron van zeer hoogenergetische neutrino's, en dus van kosmische stralen. De publicatie bevat tevens artikelen over diverse follow-up waarnemingen.
Nick van Eijndhoven: "IceCube heeft na de ontdekking van kosmische hoog-energetische neutrino's in 2013 nu met deze nieuwe doorbraak Neutrino Astronomie echt mogelijk gemaakt"
Interuniversitair Instituut voor Hoge Energie
Het Interuniversitair Instituut voor Hoge Energie, IIHE(ULB-VUB), in Brussel huisvest één van de grootste IceCube analysecentra in Europa. De brusselse ploeg is diep betrokken bij de zoektocht naar hoge-energie neutrino’s afkomstig van gammaflitsen en actieve melkwegstelsels. Het IceCube team in het IIHE bestaat uit leden van de Université Libre de Bruxelles (ULB) en van de Vrije Universiteit Brussel (VUB).
Het onderzoek met IceCube in Brussel werd gerealiseerd met de financiële ondersteuning van het FRS-FNRS en het FWO-Vlaanderen, het FWO Odysseus programma, het Federaal Wetenschapsbeleid (Belspo), en het Agentschap voor Innovatie door Wetenschap en Technologie IWT. Willy Verstraete voorzitter FWO: “Het FWO hecht veel belang aan de financiering van grote internationale onderzoeksfaciliteiten. Sinds 2000 investeerde het FWO al 7 miljoen euro in het internationaal onderzoeksproject IceCube en op deze manier leverde Vlaanderen een substantiële bijdrage aan deze belangrijke ontdekking.”
Meer info
Nick van Eijndhoven, 0032 (0)488.074166, [email protected]
"In the beginning there was nothing, which exploded".