Wetenschappers hebben een hoogenergetisch, ongelooflijk klein 'spookdeeltje' gezien, een neutrino genaamd, die door Antarctisch ijs vliegt en de oorsprong ervan terugvoert tot een specifieke blazar, zo kondigden ze vandaag, 12 juli, aan.
Natuurkundigen zijn erg enthousiast over het detectivewerk dat hen heeft verteld over de geboorteplaats van de neutrino. Maar wat is in hemelsnaam een neutrino, en waarom maakt het uit waar het vandaan komt?
Een neutrino is een subatomair deeltje dat net zo klein is als een elektron, maar zonder lading. Wetenschappers weten dat neutrino's een klein beetje massa hebben, maar ze kunnen niet precies vaststellen hoe weinig. Het resultaat is dat neutrino's de neiging hebben om andere materie de koude schouder te geven: ze hebben niet vaak interactie met hun omgeving, waardoor ze moeilijk te herkennen zijn voor wetenschappers. [Een neutrino traceren tot de bron: de ontdekking in afbeeldingen]
Desalniettemin zijn ze overal - je lichaam wordt elke seconde geteisterd door ongeveer 100 biljoen neutrino's. En wetenschappers denken dat de rare deeltjes de sleutel kunnen zijn tot enkele van de grootste mysteries over het universum, inclusief waarom materie al vroeg na de oerknal wint van antimaterie.
"Neutrino's zijn geweldig", vertelde Kate Scholberg, een deeltjesfysicus aan de Duke University in North Carolina, aan Space.com. Ze is bevooroordeeld, aangezien ze haar hele carrière de kleine dingen heeft bestudeerd, maar dat maakt haar niet verkeerd. 'We moeten ze begrijpen als we alles willen begrijpen.'
Het nieuwe onderzoek is een kleine stap voor wetenschappers die precies dat willen doen. De ontdekking begon in september bij het IceCube Neutrino-observatorium bij de zuidpool. Diep in de Antarctische ijskap volgde een raster van detectoren het pad van een enkele neutrino in 3D.
Het pad was duidelijk genoeg dat de natuurkundigen de reis van de neutrino achterwaarts in een rechte lijn door het heelal konden volgen. In minder dan een minuut vroegen ze astronomen over de hele wereld om hun telescopen naar dat deel van de hemel te draaien en te kijken of ze iets intrigerends zagen. En dat deden ze zeker - er was een blazar, een enorme bron van hoogenergetisch licht genaamd gammastraling, in precies dezelfde buurt, en de wetenschappers konden de blazar bevestigen als de bron van de neutrino.
Het proces was mogelijk omdat neutrino's, zoals fotonen van licht, extreem grote afstanden in het heelal in rechte lijnen kunnen overbruggen, zonder uit koers te worden getrokken. Andere soorten hoogenergetische deeltjes kunnen dat niet omdat ze geladen zijn. "Ze komen hier door elkaar", vertelde Greg Sullivan, een natuurkundige aan de Universiteit van Maryland die werkt bij de IceCube Neutrino Observatory en die betrokken was bij het nieuwe onderzoek, aan Space.com. 'We kunnen ze niet herleiden tot waar ze vandaan komen.'
De uitdaging irriteert wetenschappers al ongeveer een eeuw, omdat het betekent dat ze niet kunnen identificeren welk type objecten welk type sterk geladen deeltje creëren. De frustratie motiveerde wetenschappers om in 2010 IceCube te openen, de enige neutrinodetector die groot genoeg is om de ongelooflijk hoogenergetische deeltjes te vangen die buiten ons sterrenstelsel zijn geboren.
'Neutrino's beloofden enige tijd de belofte om de hemel in kaart te kunnen brengen zoals je zou doen met licht, maar met hogere energieën,' zei Sullivan. 'We kunnen vragen stellen of proberen vragen te beantwoorden die u anders niet zou kunnen.'
Neutrino's met een lagere energie worden al gebruikt door astronomen via een netwerk van Scholberg dat wacht om een uitbarsting van neutrino's te gebruiken om de volgende supernova in de Melkweg te zien instorten.
Een dergelijke supernova werd voor het laatst waargenomen in 1987, voordat er moderne neutrinodetectoren bestonden. Maar wanneer de volgende explodeert, willen Scholberg en haar collega's de neutrino-burst gebruiken om astronomen tijdig te waarschuwen om de lichtsignatuur te vangen. De neutrino's zelf zouden wetenschappers ook vertellen wat er tijdens het evenement gebeurde. 'Je zou echt kunnen zien dat er een zwart gat wordt geboren in de neutrino's', zei Scholberg.
Dat zou, net als het nieuwe blazar-onderzoek, een doorbraak betekenen in wat wetenschappers multimessenger-astronomie noemen, die twee of meer verschillende categorieën gegevens gebruikt, zoals lichtfotonen, neutrino's en zwaartekrachtgolven. Meer soorten gegevens betekenen meer algemene informatie over wat er is gebeurd.
'Het is net een grote puzzel en we proberen de stukjes in te vullen,' zei Sullivan. "Door het plaatje in zowel verschillende energieën als in verschillende deeltjes te zien, kunnen we echt proberen de fysica te begrijpen van wat er aan de hand is."
Maar Sullivan en zijn collega's zijn niet tevreden om te stoppen bij de aankondiging van vandaag. "Dit is slechts de eerste stap", zei hij, eraan toevoegend dat natuurkundigen hopen een neutrinodetector te bouwen die zelfs groter is dan IceCube. 'We hebben nog veel meer te leren en te zien.'
