24 september 2018

Waarom is die multi-messenger waarneming van blazar TXS 0506+056 zo bijzonder?

Een impressie van een blazar. Credit: DESY, Science Communication Lab

Zoals afgelopen dinsdag voorspeld en gisteren wereldwijd bekendgemaakt hebben sterrenkundigen op 22 september 2017 een uitbarsting gezien in de blazar genaamd TXS 0506+056, die met meerdere instrumenten werd waargenomen en waarvan zowel extreem energierijke neutrino’s als fotonen werden gezien – een prachtig staaltje van multi-messenger astronomy, zoals ze dit noemen. De vraag rijst wellicht waarom aan deze ontdekking zoveel waarde wordt toegekend, want het bijzondere van die uitbarsting van TXS 0506+056 is. What’s the fuzz?

Een impressie van IceCube en wat er onder het ijs gebeurt na de uitbarsting van TXS 0506+056, die je rechtsboven ziet. Credit: Icecube/NSF

Welnu, de waarneming van de uitbarsting van TXS 0506+056 is NIET bijzonder vanwege de neutrino’s en fotonen, die ervan gezien werden. Want daarin ging de supernova die op 23 februari 1987 op het zuidelijk halfrond te zien was deze waarneming voor, van SN1987A, zoals die supernova genoemd wordt, werden namelijk ook neutrino’s én fotonen waargenomen. De waarneming van de uitbarsting van TXS 0506+056 is ook NIET bijzonder vanwege het multi-messenger karakter ervan, want daarin ging GW170817 op 17 augustus 2017 ‘m voor, de botsing van twee neutronensterren waarvan men zowel zwaartekrachtgolven als fotonen heeft waargenomen.

De door IceCube waargenomen event IC IC170922. De neutrino is in botsing gekomen met het ijs van Antartica, waarbij een muon is geproduceerd. Dat deeltje reageert vervolgens door productie van Cherenkov straling op de IceCube detectoren onder het ijs, die met (de gradiënt van de) kleuren de (tijdsvolgorde en) intensiteit van de binnenkomst laten zien.

Wat de waarneming van de uitbarsting van TXS 0506+056 WEL bijzonder maakt is dat ‘t een uitbarsting betreft van één zéér energierijke neutrino (enkelvoud)1 en zéér energierijke fotonen (meervoud), miljoenen tot miljarden keren zo krachtig als die van SN1987A (en een supernova is al héél krachtig, kan je nagaan), én dat voor het eerst hoogstwaarschijnlijk een bron van zeer energierijke kosmische straling is geïdentificeerd, de straling die door Victor Hess in 1912 vanuit een ballon hoog in de lucht werd ontdekt. Ik heb het cruciale woordje hoogstwaarschijnlijk even vet gemaakt, want belangrijk is dat het niet onomstotelijk is, de statistische betrouwbaarheid van de waarneming is 3 sigma, 0,3% kans dat dit neutrino helemaal niet van TXS 0506+056 is. Zoals de grafiek hieronder laat zien is de waarneming aan de uitbarsting van TXS 0506+056 niet door één instrument gedaan, maar door een hele batterij een instrumenten, en niet alleen op die 22e september 2017, maar ook in de dagen, weken en maanden erna.

43 Seconden nadat die ene EHE-neutrino door IceCube werd waargenomen werden die andere telescopen via de geautomatiseerde systemen van het Astrophysical Multi-Messenger Observatory Network (AMON) en Gamma-Ray  Coordinates Network (GCN) gewaarschuwd. Twee van die instrumenten zijn de Fermi gamma-ruimtetelescoop van de NASA en de MAGIC gamma-telescopen op La Palma. De waarnemingen aan de uitbarsting van TXS 0506+056 zie je hieronder, links van Fermi en rechts van MAGIC.

Na de waarneming van IC170922 gingen de natuurkundigen van IceCube nog eens kijken in hun gearchiveerde data en toen kwamen ze er achter dat ze in 2014 nog meer energierijke neutrino’s hadden gezien, bijna twintig stuks, die allemaal uit de richting kwamen van TXS-0506+056, de blazar die 3,7 miljard (!) lichtjaar van ons vandaan staat. Bron: Astrobites + Of Particular Significance

Noten
  1. Feitelijk is dit neutrino vergelijkbaar met de eerder met IceCube waargenomen neutrino’s genaamd Bert, Ernie en Big Bird. Mmmmm, welke naam zullen ze aan dit neutrino geven? Grover, Cookiemonster? De neutrino van IC170922 was met z’n energie van 290 TeV ook niet eens zo héél krachtig. ‘Bert’ had een energie van 1.040 TeV (=1,04 peta electronvolt), ‘Ernie’ 1.140 TeV (=1,14 PeV) en de allergrootste tenslotte, ‘Big Bird’ (bij ons noemen we die vogel Pino), die had 2 PeV aan energie. 😀 []

Reacties

  1. Wat ik niet vat is hoe zo´n neutrino zijn energie draagt. Die gaat met bijna de lichtsnelheid C en kan dus nauwelijks nog versneld worden. Volgens E=MC^2 kan dus alleen de massa maar toenemen, maar die is voor elk type neutrino al gedefinieerd. Zou dan al die energie in die allerlaatste meters versnelling naar de lichtsnelheid zitten?

  2. Volgens mij is jouw laatste veronderstelling correct. En naderd een Neutrino (of ieder ander massa dragend deeltje) de lichtsnelheid asymptotisch.
    Alleen dacht ik dat niet de massa van het deeltje dan toeneemt, maar zijn moment (of zo u wilt, impuls).

  3. De rustmassa van het neutrino is en blijft bijna nul, alleen z’n kinetische energie neemt toe. En als die toeneemt benadert de snelheid van het neutrino de lichtsnelheid, zoals hier uitgelegd: https://en.wikipedia.org/wiki/Measurements_of_neutrino_speed

    • Bedankt Arie, het lag inderdaad voor de hand. Dat tabelletje bij het figuur is er nog niet op doorberekend, (v-c)/c is voor 1 PeV dus ca 10^-32. En bij de lichtsnelheid 0/c is zijn kinetische energie dus oneindig.

  4. Obelix Obelix zegt:

    Quote : “Wat de waarneming van de uitbarsting van TXS 0506+056 WEL bijzonder maakt is dat ’t een uitbarsting betreft van één zéér energierijke neutrino (enkelvoud)1 en zéér energierijke fotonen (meervoud),…”

    Ik neem aan dat de uitbarsting ook uit een veelvoud aan neutrino’s bestond. 😉 Er is echter slechts 1 waargenomen. 🙂
    [ Het tweede woord ‘uitbarsting’ vervangen door het woord ‘waarneming’ ?

    Wat ik me afvraag:

    1) Hoe kan men aan de hand van een enkele Neutrino bepalen waar deze vandaan kwam… geven botsingsproducten een soort van bellenspoor af? Richten met bv van ‘spiegels’ lijkt mij elk onwaarschijnlijk.

    2) Zou de kans op detectie van hoogenergetische Neutrino’s eenvoudiger zijn, dan van laag energetische Neutrino’s?
    ( Hoogenergetische hebben meer ‘Kinetische-massa’ (Einstein-massa?) en botsen daarom misschien ook wel sneller op deeltjes welke ze onderweg tegenkomen, simpelweg omdat ze een diepere gravitatie-put bij zich hebben… )

    Groet, Paul

  5. Obelix Obelix zegt:

    Nog eentje dan… :
    Bij de waarneming van SN 1987 A werden reeds voor(!) de aankomst van de fotonen ( die op lichtsnelheid gaan), reeds neutrino’s (lagere snelheid van c) gedetecteerd…
    Ik heb daar een paar fantastische verklaringen over gelezen.

    Nu heeft TXS 0506+056 een positie op 3,7 miljard jaar hier vandaan, SN 1987 A op nog geen 200.000 lichtjaar.
    TXS is zo’n 22000 keer zo ver weg. Is er ook iets te merken geweest van een tijdsverschil tussen de waarnemingen?
    Of, met andere woorden, zijn die fantastische verklaringen van indertijd bevestigt, of misschien juist ontkracht?

    Groet, Paul

    • Ik heb dit opgezocht @Paul, ik kon het ook niet direct vatten. Probleem is dat die fotonen niet zo makkelijk door de prut komen..https://futurism.com/how-the-sun-works/ , het duurt een miljoen jaar voordat een foton uit de kern van de zon aan het oppervlak komt, de neutrino die tegelijkertijd ontstaat bij die fusie doet dat in 2.3 seconden zo lees ik. Bovendien, bij SN 1987 A flakkert die ring die er al een tijdje omheen hangt telkens op bij een uitbarsting en is m.i. dus secundaire straling in respons op rontgen of gamma uit het centrum dat al een tijdje onderweg was om die ring te bereiken.

      • Obelix Obelix zegt:

        Bedankt voor het opzoeken, Nico !

        De (exotische) verklaring die ik ooit gelezen heb, is dat de fotonen ‘af en toe’ overgaan in een zichzelf opheffend paar deeltje+antideeltje (elk met rustmassa), die dan zich ook niet met de lichtsnelheid voortbewegen.
        Even later als de deeltjes elkaar weer annihileren, ploept er de foton weer te voorschijn, met dezelfde kleur en richting, alsof er niks gebeurd is. Maar er is wel een achterstand in tijd/afgelegde weg.

        Ik heb dat toen gelezen/begrepen alsof zich dat regelmatig en spontaan voordoet… in de lege (vacuüm) ruimte. Of dat het er werkelijk zo gestaan heeft, of dat het slechts mijn impressie was, weet ik niet.

        Met de kennis van nu, jouw reactie, vermoed ik dat het er vooral NIET heeft gestaan: deze overgang naar deeltjespaar manifesteert zich niet spontaan in het vacuüm, maar als fotonen botsen op materie IN de ster, als de fotonen(de zonne-energie) op weg zijn naar buiten/het steroppervlak.
        (Kleur en richting blijven niet per definitie gelijk.)

        Die 3 uren tijdsverschil bij SN 1987 A zou dan een maat(/meeteenheid) kunnen zijn, die aangeeft hoelang het geduurd heeft voor de supernova implodeerde en “transparant” werd. 😉

        Groet, Paul

Trackbacks

  1. […] even over die link tussen de waarneming aan de uitbarsting van TXS 0506+056 en kosmische straling, waar ik gisteren ook al op wees. Wat ze op die bewuste 22e september 2017 met IceCube zagen tijdens IC170922 was één enkel […]

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.