Oorsprong kosmische straling gevonden
Al meer dan een eeuw weten we dat de aarde gebombardeerd wordt door elementaire deeltjes met enorme energie, maar niemand wist waar ze vandaan komen. Tot nu.
De ontdekking werd gedaan in Icecube, een laboratorium diep onder het ijs van de Zuidpool. Aan Icecube werkten 300 speurders uit 49 instellingen in 12 landen mee, waaronder de VUB, ULB en UGent. Icecube is een blok doorzichtig ijs van een kubieke kilometer, tegen verstoring afgedekt door nog eens anderhalve kilometer poolijs. In het ijs zijn 5.160 uiterst lichtgevoelige detectors gesmolten.
Die detectors meten het minuscule paarse lichtflitsje wanneer een stukje materie een oplawaai krijgt van een neutrino, en sneller wegspat dan de snelheid van licht in ijs. Als een deeltje het licht in zijn omgeving voorbijsteekt, krijg je een ‘supersone knal’ die wij zien als een – uiterst minuscule – uitbarsting van paarsblauw licht.
Op 22 september 2017 hadden ze prijs: één neutrino van heel hoge energie, uit een welbepaalde richting. Icecube stuurde automatisch een spoedbericht uit naar allerlei observatoria: kijk meteen naar melkweg TXS 0506+056, in de linkerschouder van het sterrenbeeld Orion. Zo konden 18 observatoria bevestigen dat daar iets heel intensiefs aan de gang was: ongewoon intense gammastraling, röntgenstraling, licht in allerlei kleuren én radiogolven.
Kosmische deeltjesversneller
Geen twijfel mogelijk: dat heel krachtige neutrino kon alleen maar betekenen dat die melkweg, vier miljard lichtjaar hiervandaan, een deeltjesversneller van kosmisch formaat was, en een bron van superkrachtige geladen deeltjes. Hoogenergetische kosmische straling, eigenlijk. Mysterie opgelost. Goed voor twee artikelen tegelijk in Science.
We wisten al langer dat die melkweg een blazar is, een melkweg met een roterend supermassief zwart gat in zijn hart. Dat zuigt de materie in zijn omgeving in een gloeiende schijf rond het zwarte gat, en vervolgens naar binnen. Daarbij worden sommige deeltjes met bijna de lichtsnelheid weggespuwd in een fijne straal. Als die straal toevallig onze kant op wijst, dan kunnen we de blazar waarnemen. We weten er onderhand een paar duizend zitten. Af en toe, afhankelijk van wat het gat aan het verslinden is, licht de straal extra op. Bij kernreacties in die straal moeten ook neutrino’s vrijkomen. Dat zegt althans de theorie.
Neutrino’s
De theorie blijkt te kloppen. Een van die neutrino’s werd gezien door Icecube. Dat is niet evident, want neutrino’s zijn zogoed als onwaarneembaar. Ze merken niets van elektrische of magnetische krachten, ook zwaartekracht voelen ze nauwelijks. Anders gezegd: ze knallen vrolijk overal dwars doorheen, zonder ermee te reageren. Op dit moment gaan er miljarden neutrino’s door u heen. Sommige komen via uw voetzolen binnen, wat betekent dat ze net daarvoor doorheen de hele aarde gepasseerd zijn. Zoals een vorser het ooit stelde: een neutrino is de schaduw van de geest van niemand.
Maar als je een voldoende grote hoeveelheid materie kunt bewaken, zeg een kubieke kilometer, begint de wet van de grote getallen te spelen en zie je toch om de zoveel minuten eens een neutrino met materie reageren. De meeste komen van kernreacties in de zon, maar een hoogst zeldzame keer is er een van echt hoge energie, uit kosmische straling. In 2013 zag men er twee, Bert en Ernie gedoopt, maar kon hun richting niet door andere waarnemingen bevestigd worden. Deze keer dus wel.
Pretlichtjes
De sensatie is minder groot dan bij de eerste zwaartekrachtgolven begin 2016, maar de geleerden zijn bijna even opgewonden: zonet is een venster opengegaan in een voorheen blinde muur, en hebben we weer een nieuwe manier om het heelal te bekijken. Tot 2016 konden we enkel kijken met licht – gamma, röntgen, ultraviolet, zichtbaar licht, infrarood, radio, het zijn allemaal verschijningsvormen van licht. Daar zijn nu in korte tijd zwaartekrachtgolven en neutrino’s bij gekomen, en de kosmologen spreken met lichtjes in hun ogen over ‘multiboodschapperastronomie’. Als we daardoor het heelal beter begrijpen, geeft ons dat ook inzicht in de fundamentele krachten en de bouwstenen van de natuur. En die zijn het fundament onder alle andere wetenschappen. Lichtjes in de ogen, jawel.
De sensatie is minder groot dan bij de eerste zwaartekrachtgolven begin 2016, maar de geleerden zijn bijna even opgewonden