‘Mijlpaal’: nieuw soort telescoop ziet hoe afgelegen sterrenstelsel ongrijpbare deeltjes de ruimte in spuwt

Volgens deskundigen is de ontdekking, deze week gepubliceerd in Science, een voorproefje van wat ons de komende jaren te wachten staat op het veelbelovende gebied van de ‘multimessenger’-astronomie. ‘Dit is een mijlpaal’, zegt deeltjesfysicus Suzan du Pree van deeltjesinstituut Nikhef in Amsterdam. ‘Het is superopwindend.’

Van oudsher bestuderen sterrenkundigen elektromagnetische straling uit het heelal zoals radiogolven, zichtbaar licht en röntgenstraling. Maar de kosmos stuurt veel meer informatie op ons af, in de vorm van energierijke, elektrisch geladen deeltjes, zwaartekrachtgolven (een soort ‘rimpelingen’ in de lege ruimte) en neutrino’s – ongrijpbare deeltjes die in onvoorstelbare aantallen vrijwel overal dwars doorheen vliegen. Multimessenger-astronomie probeert de geheimen van het heelal te ontraadselen door al die ‘boodschappers’ te bestuderen.

Donker poolijs

De Amerikaanse IceCube-detector op Antarctica richt zich op neutrino’s. Hij bestaat uit ruim vijfduizend lichtdetectoren die op grote diepte ingevroren zijn in een kubieke kilometer donker poolijs. Héél af en toe veroorzaakt een binnendringend neutrino indirect een zwak lichtflitsje. Met de IceCube is dan de herkomst van het neutrino te achterhalen.

In 2017 werd op deze manier een extreem energierijk neutrino herleid tot een explosie in een sterrenstelsel op bijna 4 miljard lichtjaar afstand. Nu is voor de tweede keer een bron van kosmische neutrino’s geïdentificeerd. Alleen staat die veel dichterbij en spuwt hij continu spookdeeltjes de ruimte in.

Volgens Aart Heijboer, eveneens verbonden aan Nikhef, bieden neutrino’s ‘een unieke kijk op de meest energetische objecten in het heelal’. Het gaat dan bijvoorbeeld om de superzware zwarte gaten in de kernen van sterrenstelsels. Die werken als gigantische deeltjesversnellers, maar dan een miljoen maal zo krachtig als de versneller van onderzoeksinstituut CERN bij Genève.

Zwarte gaten produceren ook energierijke gammastraling, maar die wordt vaak geabsorbeerd door kosmisch stof. En de elektrisch geladen deeltjes die ze de ruimte in blazen, worden afgebogen door magnetische velden in het heelal – daarvan kun je de oorsprong dus niet achterhalen. ‘Neutrino’s hebben geen elektrische lading en zijn de ultieme boodschapper-deeltjes om deze kosmische deeltjesversneller te kunnen bestuderen’, zegt Heijboer.

IceCube-wetenschappers bestudeerden meetgegevens uit de periode 2011-2020, en kwamen 79 neutrino’s op het spoor die afkomstig lijken te zijn uit het sterrenstelsel M77 (soms ook wel het Inktvisstelsel genoemd). Dat stelsel herbergt een centraal zwart gat dat tientallen miljoenen keren zo zwaar is als de zon. M77 zou volgens Heijboer weleens het schoolvoorbeeld kunnen worden van kosmische neutrinobronnen.

‘Dit zijn pas de eerste waarnemingen met een heel nieuw soort telescoop’, zegt hij, ‘vergelijkbaar met Galilei die in 1610 voor het eerst de manen van Jupiter zag. Er is nog een hele neutrinohemel te ontdekken.’

Nederland is partner

Ook Heijboers collega Bouke Jung is ervan overtuigd dat in de toekomst nog veel meer van dit soort bronnen zullen worden ontdekt. ‘Daarbij is een grote rol weggelegd voor de Europese KM3NeT-detector, die een uitstekende richtingsgevoeligheid zal hebben’, zegt hij. KM3NeT is in aanbouw op de bodem van de Middellandse Zee; via Nikhef is Nederland een belangrijke partner in het project.

‘Er is nog heel veel wat we niet goed begrijpen over dit type objecten en de productie van hoogenergetische neutrino’s’, zegt Jung. ‘Dus bij elke nieuwe aankondiging over de ontdekking van een bron van kosmische neutrino’s zit ik de komende jaren op het puntje van mijn stoel.’