Met het IceCube-experiment zijn astronomen er voor de tweede keer in geslaagd de bron van een hoogenergetische neutrino te achterhalen.

Ze schieten continu in enorme hoeveelheden door de aarde én door ons heen zonder dat we daar iets van merken: neutrino’s. Deze elementaire deeltjes trekken zich nauwelijks iets aan van andere materie en worden daarom ook wel spookdeeltjes genoemd. Zo’n neutrino detecteren, is geen koud kunstje, maar astronomen hebben er onlangs toch een waargenomen. Het spookdeeltje ontstond vermoedelijk toen een zwart gat een ster aan het verslinden was, zo schrijft het team in Nature Astronomy.

Lees ook:

• Kan een neutrino door een zwart gat heen vliegen?
• Steriele neutrino’s: de dino’s onder de deeltjes
• Superzwaar zwart gat trekt ster aan flarden

IceCube-experiment

Maar hoe kun je deeltjes detecteren die zich niks van andere materie aantrekken en een goede kans maken om ongehinderd door een plak lood van lichtjaren dik te vliegen? Enter IceCube. Dit observatorium op Antarctica bestaat uit meer dan vijfduizend sensoren verdeeld over een kubieke kilometer ijs. Als je zo’n groot gebied in de gaten houdt, registreer je toch een deel van deze deeltjes.

Een belangrijke vraag die IceCube poogt te beantwoorden, is waar de elementaire deeltjes precies vandaan komen. We weten dankzij verschillende onderzoeken dat laagenergetische neutrino’s zijn terug te leiden tot de zon en ook tot supernova 1987A. Maar astrofysici zijn vooral geïnteresseerd in neutrino’s met extreem hoge energie, omdat de bron van deze deeltjes onbekend is.

Tera-elektronvolt

In september 2017 lukte dat. Toen signaleerde IceCube een neutrino met hoge energie, maar liefst 290 tera-elektronvolt. Dit deeltje leidde IceCube naar een superzwaar zwart gat, met de naam TXS 0506+056 (Texas), dat zich in een sterrenstelsel bijna 6 miljard lichtjaar hiervandaan bevindt.

De hoogenergetische neutrino die nu door IceCube is waargenomen, heeft een energie van ruim 100 tera-elektronvolt. Het elementaire deeltje zou het resultaat zijn van een zwart gat dat een ster aan stukken scheurde – een zogeheten tidal disruption event. Deze gebeurtenis vond plaats in een sterrenstelsel op 690 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Dolfijn. Hoe het slurpende zwarte gat neutrino’s heeft kunnen prodcueren, weten de sterrenkundigen echter nog niet.

Toeval?

IceCube traceerde de neutrino terug naar een afgebakend stuk aan de hemel, precies waar het zwarte gat de ster opslokte. Gelukkig hadden astronomen radiotelescopen op dit zwarte gat gericht. Het team berekende vervolgens dat er een kans is van slechts 1 op de 500 dat het hier om toeval ging. Oftewel, het neutrino is hoogstwaarschijnlijk afkomstig van dit zwarte gat.

Maar Paul de Jong, fysicus bij het deeltjesinstituut Nikhef, houdt nog een slag om de arm. “Fysici zijn soms wat sceptisch aangelegd, en binnen de deeltjesfysica is zo’n toevalskans van 1:500 eigenlijk nog niet klein genoeg.”

“Een probleem van IceCube is dat de neutrinorichting wordt bepaald met een nauwkeurigheid van enkele graden, en dat is best veel. Dat heeft te maken met eigenschappen van het Zuidpoolijs, waarin nogal wat verstrooiende belletjes zitten. Dat leidt tot een vrij groot gebied aan de hemel die je moet scannen voor bronnen, met daarin een flink aantal willekeurige objecten die je onjuist zou kunnen aanzien voor de bron.”

KM3NeT

De Jong werkt daarom met collega’s aan KM3NeT: een neutrinotelescoop die zal bestaan uit honderden lijnen die vanaf de bodem van de Middellandse Zee omhoog staan, met aan elke lijn achttien bollen die door neutrino’s veroorzaakte signalen kunnen meten. “Als die detector groot genoeg is, zal hij neutrino’s detecteren met een nauwkeurigheid van een fractie van een graad.” Als er dan een neutrino is met een geassocieerde bron, dan is de kans op toeval veel kleiner.

De Jong: “Dat zal zich nog moeten bewijzen, en in de tussentijd kunnen we IceCube alleen maar feliciteren: een mooi resultaat. Maar het liefst hebben we nog wat meer bewijs.”

Dit artikel is later uitgebreid met citaten van deeltjesfysicus Paul de Jong.

Bronnen: Nature Astronomy (1) en (2), persbericht, allesoversterrenkunde.nl

Beeld: DESY/Science Communication Lab

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!