Afbeelding tegoed: UW-Madison
Een nieuwe telescoop in het ijs van Antarctica heeft de eerste kaart van de hoogenergetische neutrinohemel voltooid. Het kijkt eigenlijk naar beneden, door de hele aarde om de noordelijke hemel te bekijken voor neutrino's, die met hoge snelheid bewegen en ongehinderd door alle materie gaan. AMANDA II heeft neutrino's ontdekt met 100 keer de energie van alle geproduceerde in laboratoriumexperimenten op aarde.
Een nieuwe telescoop die de ijskap van Antarctica gebruikt als raam naar de kosmos, heeft de eerste kaart van de hoogenergetische neutrinohem opgeleverd.
De kaart, die vandaag (15 juli) is onthuld voor astronomen tijdens een bijeenkomst van de Internationale Astronomische Unie, biedt astronomen hun eerste verleidelijke glimp van zeer energetische neutrino's, spookachtige deeltjes waarvan wordt aangenomen dat ze afkomstig zijn van enkele van de meest gewelddadige gebeurtenissen in het universum - neerstortende zwarte gaten, gammastraaluitbarstingen en de gewelddadige kernen van verre melkwegstelsels.
"Dit zijn de eerste gegevens met een neutrinotelescoop met een realistisch ontdekkingspotentieel", zegt Francis Halzen, hoogleraar natuurkunde aan de University of Wisconsin-Madison, van de kaart die is samengesteld met AMANDA II, een unieke telescoop gebouwd met ondersteuning van de National Science Foundation (NSF) en samengesteld uit arrays van lichtverzamelende detectoren begraven in ijs op 1,5 kilometer onder de zuidpool. 'Tot op heden is dit de meest gevoelige manier om ooit naar de hoogenergetische neutrinohemel te kijken', zegt hij.
Het vermogen om hoogenergetische neutrino's op te sporen en terug te leiden naar hun oorsprong blijft een van de belangrijkste zoektochten van de moderne astrofysica.
Omdat kosmische neutrino's onzichtbaar, ongeladen en bijna geen massa hebben, zijn ze bijna onmogelijk te detecteren. In tegenstelling tot fotonen, de deeltjes waaruit zichtbaar licht bestaat en andere soorten straling, kunnen neutrino's ongehinderd door planeten, sterren, de enorme magnetische velden van de interstellaire ruimte en zelfs hele sterrenstelsels gaan. Die kwaliteit - waardoor ze erg moeilijk te detecteren zijn - is ook hun grootste troef, omdat de informatie die ze over kosmologisch verre en anderszins niet-waarneembare gebeurtenissen herbergen, intact blijft.
De door AMANDA II geproduceerde kaart is voorlopig, benadrukt Halzen, en vertegenwoordigt slechts één jaar aan gegevens verzameld door de ijskoude telescoop. Met behulp van nog twee jaar aan gegevens die al met AMANDA II zijn verzameld, zullen Halzen en zijn collega's vervolgens de structuur van de hemelkaart definiëren en mogelijke signalen van statistische fluctuaties in de huidige kaart sorteren om ze te bevestigen of te weerleggen.
De betekenis van de kaart is volgens Halzen dat het bewijst dat de detector werkt. 'Het stelt de prestaties van de technologie vast', zegt hij, 'en het laat zien dat we dezelfde gevoeligheid hebben bereikt als telescopen die worden gebruikt om gammastraling te detecteren in hetzelfde hoogenergetische gebied' van het elektromagnetische spectrum. Er worden ongeveer gelijke signalen verwacht van objecten die kosmische straling versnellen, waarvan de oorsprong bijna een eeuw na hun ontdekking onbekend blijft.
De AMANDA II-telescoop (Antarctic Muon en Neutrino Detector Array) is diep in het Antarctische ijs gezonken en is ontworpen om niet omhoog, maar omlaag door de aarde naar de lucht op het noordelijk halfrond te kijken. De telescoop bestaat uit 677 optische glasmodules, elk ter grootte van een bowlingbal, opgesteld op 19 kabels diep in het ijs met behulp van hogedruk-warmwateroefeningen. De array transformeert een cilinder van ijs van 500 meter hoog en 120 meter in diameter in een deeltjesdetector.
De glasmodules werken als omgekeerde gloeilampen. Ze detecteren en vangen zwakke en vluchtige lichtstrepen op die ontstaan wanneer neutrino's soms in ijsatomen in of nabij de detector botsen. De subatomaire wrakken creëren muonen, een andere soort subatomair deeltje dat handig een kortstondig kielzog van blauw licht achterlaat in het diepe Antarctische ijs. De lichtstreep komt overeen met het pad van de neutrino en wijst terug naar het beginpunt.
Omdat het de eerste glimp van de hoogenergetische neutrinohemel oplevert, zal de kaart van groot belang zijn voor astronomen omdat, zegt Halzen, "we nog steeds geen idee hebben hoe kosmische straling wordt versneld of waar ze vandaan komen."
Het feit dat AMANDA II nu neutrino's heeft geïdentificeerd tot honderd keer de energie van de deeltjes die worden geproduceerd door de krachtigste aardgebonden versnellers, verhoogt het vooruitzicht dat sommigen van hen een kickstart kunnen krijgen op hun lange reizen door enkele van de meest uiterst energetische gebeurtenissen in de kosmos. De mogelijkheid om routinematig hoogenergetische neutrino's te detecteren, biedt astronomen niet alleen een lens om zulke bizarre fenomenen als botsende zwarte gaten te bestuderen, maar ook een middel om directe toegang te krijgen tot onbewerkte informatie over gebeurtenissen die honderden miljoenen of miljarden lichtjaren hebben plaatsgevonden weg en eeuwen geleden.
'Deze kaart kan het eerste bewijs zijn van een kosmische versneller', zegt Halzen. 'Maar we zijn er nog niet.'
De jacht op bronnen van kosmische neutrino's zal een boost krijgen naarmate de AMANDA II-telescoop groter wordt naarmate er nieuwe reeksen detectoren worden toegevoegd. Volgens de plannen moet de telescoop uitgroeien tot een kubieke kilometer geïnstrumenteerd ijs. De nieuwe telescoop, bekend onder de naam IceCube, zal het luchtruim naar kosmische neutrinobronnen uiterst efficiënt maken.
'We zullen gevoelig zijn voor de meest pessimistische theoretische voorspellingen', zegt Halzen. 'Vergeet niet dat we bronnen zoeken, en zelfs als we nu iets ontdekken, is onze gevoeligheid zodanig dat we hooguit tien neutrino's per jaar zouden zien. Dat is niet goed genoeg."
Oorspronkelijke bron: WISC News Release
