De resultaten van het onderzoek zijn gepresenteerd tijdens een wetenschappelijk online webinar, waar experts bij aanwezig waren
Wat hebben de wetenschappers gedaan?
Voor het eerst een internationale groep astronomenhebben bewijs gevonden voor hoogenergetische neutrino-emissies uit het sterrenstelsel NGC 1068 op een afstand van 47 miljoen lichtjaar van de aarde. Het is ook bekend als Messier 77 en bevindt zich in het sterrenbeeld Cetus. Vanwege zijn helderheid en activiteit is NGC 1068 een van de beroemdste en meest bestudeerde objecten. Het werd in 1780 ontdekt en kan nu met een grote verrekijker worden waargenomen.
Ondanks het feit dat wetenschappers veel weten over NGC 1068, was het observeren van de verborgen neutrino-activiteit niet zo eenvoudig. Waarom precies, zullen we later vertellen.
Hoe deden ze het?
Wetenschappers ontdekken neutrino's dankzij observatoriumijsblokje. Het is een enorme neutrinotelescoop die een miljard ton verwerkt ijs bestrijkt van 1,5 tot 2,5 km onder het oppervlak van Antarctica nabij de Zuidpool.
Wanneer een neutrino interageert met moleculen in helder Antarctisch ijs, produceert het secundaire deeltjes die een spoor van blauw licht achterlaten wanneer ze door de IceCube-detector gaan.
Image Credit & Copyright: Nicole R. Fuller, IceCube/NSF
Dit is een uniek observatorium dat verkentde verste uithoeken van het universum hier op aarde, met behulp van neutrino's. Het is dankzij hem dat wetenschappers in 2018 de eerste waarneming van een hoogenergetische neutrinobron rapporteerden. We hebben het over het object TXS 0506 + 056, een krachtige blazar, die zich op de linkerschouder van Orion bevindt, een sterrenbeeld op 4 miljard lichtjaar van de aarde.
De ontdekking van een tweede bron van hoogenergetische neutrino's en kosmische straling is het resultaat van meer dan 30 jaar wetenschappelijk onderzoek. Illustratie: IceCube/NSF
Wanneer neutrino's interageren met moleculen in helder Antarctisch ijs, produceren ze secundaire deeltjes. Ze laten een spoor van blauw licht achter als ze door de IceCube-detector gaan.
In totaal verzamelde hij ongeveer80 neutrino's met tera-elektronvolt-energie van NGC 1068. Zoals de auteurs van de nieuwe studie uitleggen, konden ze de deeltjes 'vangen' dankzij een zorgvuldige update van de detectorkalibratie. Het werk van experts op het gebied van apparatuurbediening verbeterde de reconstructie van de neutrinorichting. In eenvoudige bewoordingen konden natuurkundigen het pad van deeltjes uit NGC 1068 nauwkeuriger volgen.
Wat zijn neutrino's?
Neutrino's zijn de algemene naam voor neutrale kleurenfundamentele deeltjes met een spin van een half geheel getal. Hun eigenaardigheid is dat ze alleen deelnemen aan zwakke en zwaartekrachtinteracties en tot de klasse van leptonen behoren. Nu kennen natuurkundigen drie soorten van deze deeltjes: elektron-, muon- en tau-neutrino's, evenals hun overeenkomstige antideeltjes. Een ander kenmerk van neutrino's is dat ze zeer weinig massa en geen lading hebben. Ze worden geboren in thermonucleaire reacties van sterren en supernova-explosies .
IceCube-detectordiagram. Illustratie: IceCube/NSF
De studie van deze deeltjes is een van de belangrijkste gebieden in de natuurkunde. Met hun hulp kunnen wetenschappers effecten vinden en bestuderen die buiten het standaardmodel vallen.
Standaardmodel – theoretischeen constructie in de deeltjesfysica die de elektromagnetische, zwakke en sterke interacties van alle elementaire deeltjes beschrijft. De moderne formulering werd ongeveer twintig jaar geleden voltooid na experimentele bevestiging van het bestaan van quarks.
Met behulp van zonne-neutrino's bestuderen astronomen de processen die in realtime op de zon plaatsvinden.
Hoe "werkt" een neutrino?
In tegenstelling tot licht kunnen neutrino’s ontsnappenextreem dichte omgevingen in het heelal en de aarde bereiken. Materie en elektromagnetische velden die de extragalactische ruimte doordringen, hebben vrijwel geen effect op hen.
Hoewel wetenschappers meer met neutrino-astronomie kwamenZestig jaar geleden maakte de zwakke interactie van deeltjes met materie en straling het ongelooflijk moeilijk om ze te detecteren. Maar dit is nog steeds erg belangrijk. Wetenschappers noemen neutrino’s een ‘sleutel’ die zal helpen bij het bestuderen van de meest extreme objecten in de ruimte.
Wat is er bekend over de galactische ‘neutrinoleverancier’?
Zoals het geval is met de Melkweg,NGC 1068 is een balkspiraalstelsel met losjes gewikkelde armen en een relatief kleine centrale uitstulping. In tegenstelling tot ons sterrenstelsel is NGC 1068 echter een actief object. Dit betekent dat het grootste deel van de straling niet door sterren wordt geproduceerd, maar door materiaal dat in het centrale zwarte gat valt. Het is miljoenen keren massiever dan de zon en zelfs Boogschutter A*, een inactief zwart gat in het centrum van onze Melkweg.
Hubble-opname van het spiraalstelsel NGC 1068. Krediet: NASA/ESA/A. van der Hoeven
NGC 1068 behoort ook tot type II Seyfert-stelsels.
Seyfertstelsel - spiraal ofeen onregelmatig sterrenstelsel met een actieve kern, waarvan het emissiespectrum veel heldere brede banden bevat, wat wijst op krachtige gasemissies met snelheden tot enkele duizenden kilometers per seconde. Type II-objecten hebben een karakteristieke heldere kern en zien er ook helder uit wanneer ze in het infrarood worden waargenomen.
het hoofdprobleem
NGC 1068 is vanaf de aarde onder een zodanige hoek zichtbaar dat hethet centrale gebied waar het zwarte gat zich bevindt, is voor observatie verborgen. De processen daarbinnen blijven een mysterie. Ook in Type II Seyfert-stelsels verduistert een torus van nucleair stof het grootste deel van de hoogenergetische straling. Het wordt geproduceerd door een dichte massa gas en deeltjes die langzaam en spiraalvormig naar het centrum van de melkweg bewegen.
Dit alles, plus straling, zou moeten blokkerengammastralen. Anders zouden ze de neutrino’s ‘vergezellen’ en wetenschappers helpen. Nu natuurkundigen de detectoren van IceCube hebben gekalibreerd en ongrijpbare deeltjes uit de kern van NGC 1068 hebben gedetecteerd, leren ze meer over de omgeving rond superzware zwarte gaten, zonder rekening te houden met gammastraling.
Waarom is het tellen van neutrino's van sterrenstelsels zo belangrijk?
Volgens de auteurs van de studie dankzijDe neutrinometingen van TXS 0506+056 en NGC 1068 IceCube zijn een stap dichter bij het beantwoorden van de vraag over de oorsprong van kosmische straling die wetenschappers al meer dan honderd jaar stellen.
Uitzicht op het IceCube Lab in de schemering.
Krediet en auteursrecht: Martin Wolf, IceCube/NSF
Nu weten wetenschappers wat ze zijnstromen van afzonderlijke en niet-gerelateerde geladen deeltjes die met enorme snelheid uit de ruimte ‘vliegen’. Ze worden gedomineerd door protonen, maar bevatten ook elektronen, heliumkernen en zwaardere chemische elementen.
Bovendien hielp de studie wetenschappers te begrijpen dat er mogelijk veel meer van dergelijke objecten in het universum zijn. Ze moeten nog geïdentificeerd worden.
Wat is de volgende stap?
In de toekomst zal NGC 1068 een benchmark wordenneutrinotelescopen, aldus de auteurs van het onderzoek. Ja, dit is al een zeer goed bestudeerd object voor astronomen. Maar neutrino's zullen wetenschappers in staat stellen dit sterrenstelsel op een heel andere manier te bekijken.
Lees verder:
Noemde de gevolgen van de laatste zonnestorm die de aarde trof
Een enorme impact van een ruimtevoorwerp veroorzaakte het magnetisch veld van de aarde
Een enorme tunnel onder de Egyptische tempel "verborgen" mysterieuze artefacten
bronnen:
Bewijs van neutrino-emissie uit het nabijgelegen actieve sterrenstelsel NGC 1068, Science (2022)
Neutrino's onthullen verborgen galactische activiteit, wetenschap (2022)
Omslag: balkspiraalstelsel NGC 1068
Bijdragers: NASA, ESA, Alex Filippenko (UC Berkeley), William Sparks (STScI), Louis C. Ho (KIAA-PKU), Matthew A. Malkan (UCLA), Alessandro Capetti (STScI), Alyssa Pagan (STScI)