Voor het eerst is het Melkwegstelsel bekeken door het ‘neutrinovenster’ en wel door IceCube

Credit: IceCube Collaboration/U.S. National Science Foundation (Lily Le & Shawn Johnson)/ESO (S. Brunier)

Op een heldere donkere nacht kan je het licht van de melkweg met je blote oog zien. Op 25 maart 1951 lukte het de Amerikanen H.I. Ewen en E.M. Purcell (Harvard Universiteit) om radiostraling van de Melkweg op te vangen. Daarna volgden andere delen van het EM-spectrum, waarmee de Melkweg werd bekeken, UV-licht, infrarood, submillimeter, röntgen en gammastraling. Allemaal fotonen, die met verschillende golflengtes tot ons komen, van laagenergieke radiostraling tot zeer energierijke gammastralen. Maar nu is daar een nieuw venster geopend, want onderzoekers van het IceCube Neutrino Observatory op de Zuidpool zijn er in geslaagd om voor het eerst de Melkweg te bekijken met behulp van neutrino’s. Dus geen fotonen, maar neutrino’s, bijna gewichtsloze deeltjes die met de lichtsnelheid door het heelal reizen en die niet reageren op de elekctromagnetische wisselwerking, waardoor ze met gemak dwars door de aarde kunnen vliegen.

Artistieke impressie van de melkweg bekeken met IceCube. Credit: IceCube/Science Communication Lab for CRC 1491

350 wetenschappers verbonden aan de IceCube Collaboration hebben deze week de resultaten gepresenteerd van tien jaar onderzoek aan neutrino’s, afkomstig uit bronnen gelegen in het vlak van de Melkweg. In 2013 zag men met IceCube voor het eerst neutrino’s uit de verre kosmos, dat waren de neutrino’s Bert en Ernie, jawel ook die deeltjes moeten een naam krijgen. Later zag men er voor het eerst hoogenergetische neutrino’s mee, eerst van de blazar TXS 0506+056 en daarna van M77 (NGC 1068), allemaal bronnen gelegen buiten de Melkweg. En nu dan voor het eerst neutrino’s van de Melkweg zelf. Hierboven een artistieke impressie hoe dat er uit zou zien, hieronder in het onderste paneel de daadwerkelijke neutrinokaart van de Melkweg – alle panelen tonen een strook van 15° breed.

Bovenste paneel: de melkweg in visueel licht, daaronder gammastraling, daaronder een voorspelde neutrino-kaart, daaronder een voorspelling hoe iceCubbe het zou zien en onderaan de daadwerkelijke neutrino-kaart. Credit: IceCube

De IceCube detector is gelegen in het ijs van de Zuidpool, vlakbij het Amundsen waarneemstation, en in dat ijs zijn 86 diepe putten geboord van een km lang, die vervolgens volgestouwd zijn met optische sensoren (Digital Optical Modules, DOMs) die aan lange kabels hangen, 5160 sensoren in totaal, 60 per kabel. Áls er een neutrino passeert kán deze reageren met het ijs en dat wordt dan door de sensoren opgemerkt, hetgeen er dan zo uitziet:

Credit: IceCube.

Nou zijn er naast de Melkweg nog andere bronnen van neutrinos, zoals de zon en de eerder genoemde ‘extragalactische’ bronnen, zoals superzware zwarte gaten in de kernen van andere sterrenstelsels. De onderzoekers zagen zich dus voor de uitdaging gesteld om de neutrino’s van de Melkweg te filteren van de andere neutrino’s en dat konden ze doen door bij de interacties die de sensoren zagewn te letten op ‘cascade’ gebeurtenissen én door toepassing van AI, artificiële intelligentie om alle data te analyseren. Gedurende tien jaar van onderzoek wist men met IceCube maar liefst 60.000 neutrino’s te detecteren, dertig keer zo veel als bij een eerder onderzoek van het Melkwegvlak. IceCube ziet ongeveer 27.000 neutrino’s per seconde, maar het grootste deel daarvan is ‘atmosferisch’ zoals ze dat noemen, niet afkomstig uit de Melkweg. Ter vergelijking: op de pakweg 100 miljoen neutrino’s is er eentje astrofysisch, dus het is echt zoeken in een hooiberg. De bruikbare neutrinogegevens werden vergeleken met waarnemingen gedaan met fotonen uit het EM-spectrum, zoals gammastraling gezien met Fermi’s Large Area Telescope (LAT).

Een impressie van IceCube en wat er onder het ijs gebeurt. Credit: Icecube/NSF

Meer informatie vind je in het vakartikel genaamd “Observation of high-energy neutrinos from the Galactic plane,” The IceCube Collaboration: R. Abbasi et al., Science 380, 6652 (2023).

Bron: IceCube.

Gerelateerde Astroblogs:

Fysici poneren gedurfde hypothese over detectie buitenaards leven; Gebruikt ETI mogelijk kunstmatige zwarte gaten als quantumcomputers? Kwantumzwaartekracht kan mogelijk neutrino’s doen vertragen Astronomen stellen een ‘spiegeluniversum’ voor als mogelijke verklaring voor donkere materie