Het IceCube Observatorium, het Pierre Auger Observatorium en de Telescope Array bundelen krachten.
Wetenschappers van het IceCube Neutrino Observatorium, het Pierre Auger Observatorium en de Telescope Array onderzoeken samen of de hoogst-energetische neutrino’s en de hoogst-energetische kosmische straling die afzonderlijk door de observatoria gemeten worden dezelfde oorsprong hebben, namelijk bronnen van ver buiten ons universum. De eerste resultaten zijn weliswaar nog geen doorbraak, maar bieden kansen voor vervolgonderzoek.
Kosmische straling
Astrodeeltjesfysici zoeken naar antwoorden over het ontstaan van ons universum door de straling te bestuderen die ons vanuit de kosmos bereikt. Deze kosmische straling bestaat uit allerlei soorten deeltjes, waaronder (elektrisch geladen) protonen en (ongeladen) neutrino’s en fotonen. Het zijn de deeltjes met de hoogste energieën waarvan de oorsprong in gebieden in het universum liggen met de meest extreme fysische condities. Van alle hoog-energetische deeltjes hebben neutrino’s daarbij het voordeel dat ze onderweg niet van richting zijn veranderd als gevolg van magnetische velden (in tegenstelling tot geladen deeltjes) en niet hoeven te concurreren met achtergrondstraling (zoals fotonen).
Gemeenschappelijke oorsprong?
Het blijkt echter dat bepaalde hoog-energetische protonen, namelijk met een energie van miljoenen keer de energie die we op aarde kunnen genereren (meer dan 50 ×1018 electronvolt), maar weinig van richting veranderen: waarschijnlijk niet meer dan een paar graden. Dit opent de mogelijkheid om de aankomstrichting van hoog-energetische neutrino’s en protonen in de kosmische straling met elkaar te vergelijken om te onderzoeken of ze een gemeenschappelijke oorsprong hebben. Wetenschappers van drie internationale samenwerkingsverbanden hebben de handen ineen geslagen om deze vergelijking uit te voeren: het IceCube Neutrino Observatorium (op de Zuidpool), het Pierre Auger Observatorium (in Argentinië) en de Telescope Array (in de Verenigde Staten).
IceCube
De isotrope verdeling van aankomstrichtingen van de door het IceCube Observatorium gemeten neutrino’s geeft aan dat ze waarschijnlijk buiten ons melkwegstelsel gemaakt worden. Het totale aantal neutrino’s komt overeen met de zogenaamde Waxman-Bahcall limiet, die berekend is voor het geval de primaire kosmische straling van een extragalactische bron ter plekke op allerlei andere deeltjes botst, waarbij neutrino’s gemaakt worden en voornamelijk protonen ontsnappen. Deze protonen genereren onderweg ook neutrino’s die op aarde waargenomen kunnen worden bij zeer grote energie. De verwachting is dat de primaire bron zelf ook neutrino’s van een lagere energie produceert, die de aarde rechtstreeks bereiken en bij een detector als IceCube waargenomen kunnen worden.
Pierre Auger en Telescope Array
Deze verwachting kan getoetst worden door te zoeken naar een statistisch significante verhoging van het aantal neutrino’s uit dezelfde richting als de hoogst-energetische kosmische straling. Hiertoe zijn de resultaten van het IceCube Obervatorium gekoppeld aan metingen van kosmische straling door het Pierre Auger Observatorium en de Telescope Array. De eerste analyses hebben nog geen verband opgeleverd tussen de aankomstrichtingen van de neutrino’s en de kosmische straling, maar hebben zo’n verband ook niet uitgesloten. De analyses, die gepubliceerd zullen worden in het Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, hebben interessante resultaten opgeleverd ten opzichte van de isotrope achtergrond. Omdat de analyse is uitgevoerd op basis van relatief weinig deeltjes, zal het in de toekomst worden herhaald met meer deeltjes.
Nederlandse deelname
Wetenschappers van Nikhef in Amsterdam, het KVI Center for Advanced Radiation Technology (KVI-CART) aan de Rijksuniversiteit Groningen, en de Radboud Universiteit zijn sinds 2005 actief betrokken bij het Pierre Auger Observatorium. De volledige tekst voor de publicatie is te vinden via arxiv.org/abs/1511.09408.
Meer informatie
Afdeling Wetenschapscommunicatie – mail – 020 5925075
Dr. Charles Timmermans – mail – 020 5925129