Wetenschap – de Melkweg door de ogen van neutrino’s – Wikiwand

Madison (dpa) – Met behulp van tien jaar metingen aan het één kubieke kilometer detectorsysteem van de IceCube in Antarctisch ijs is een internationaal team van onderzoekers er voor het eerst in geslaagd om hoogenergetische neutrino’s uit ons Melkwegstelsel te detecteren. Eerder had IceCube alleen hoogenergetische neutrino’s van verre sterrenstelsels geregistreerd. Hoewel theoretische overwegingen vergelijkbare deeltjesstraling van de Melkweg hadden voorspeld, hebben astronomen er tot nu toe tevergeefs naar gezocht. De wetenschappers rapporteerden in Science dat alleen het gebruik van moderne methoden van machine learning het signaal zichtbaar maakte in de gegevens die door de detector werden verzameld.

Neutrino’s zijn verlegen kerels: ze hebben zelden interactie met gewone materie. Om vluchtige deeltjes te detecteren zijn grote hoeveelheden materie nodig, die uit zo zuiver mogelijke stoffen bestaan ​​en kunnen interageren met neutrino’s. Zo’n substantie is bijvoorbeeld water – en in Antarctisch ijs wordt het in voldoende zuivere vorm in grote hoeveelheden aangetroffen. Als een neutrino interageert – wat zelden gebeurt – met een watermolecuul, worden elektrisch geladen deeltjes gevormd die met bijna de snelheid van het licht door het ijs razen en licht uitzenden, iets dat Cherenkov-straling wordt genoemd.

Waar komen neutrino’s vandaan?

Onderzoekers zoeken dit licht met behulp van de IceCube. Dit is – de naam zegt het al – een ijsblokje. Enorm ijsblokje: een kilometer lang. Natuurkundigen in het “IceCube” -project stortten in totaal 5.160 fotomultiplicatoren tot een diepte van 2,5 kilometer in één kubieke kilometer Antarctisch ijs. Op deze manier kunnen ze niet alleen Cherenkov-licht opvangen, maar kunnen ze ook bepalen uit welke richting het komt – en dus ook de oorsprongsrichting van de neutrino’s.

Neutrino’s spelen een belangrijke rol in de kernfysica, bijvoorbeeld bij kernfusie in de zon. Maar de neutrino’s waarnaar IceCube op zoek is, zijn miljoenen tot miljarden keren energieker en worden geproduceerd in stellaire explosies in de buurt van superzware zwarte gaten in verre sterrenstelsels. Maar ook in onze Melkweg zou de interactie van kosmische straling met gas en stof hoogenergetische neutrino’s moeten produceren, samen met gammastraling. Maar hoewel deze gammastraling kan worden gedetecteerd door satellietobservatoria, is de zoektocht naar galactische neutrino’s tot nu toe niet succesvol geweest.

Het geluid eruit gefilterd

Het probleem: kosmische straling produceert ook neutrino’s in de atmosfeer van de aarde – en die ruis wordt toegevoegd aan het signaal van de Melkweg waarnaar wordt gezocht. Door hun methoden te verbeteren zijn de onderzoekers van “IceCube” er nu echter in geslaagd om neutrino’s uit de Melkweg zichtbaar te maken. Aan de ene kant hebben wetenschappers gebeurtenissen uitgefilterd die uit de zuidelijke hemel komen en dus uit de richting van het centrum van de Melkweg.

Om de exacte oorsprong van de geregistreerde neutrino’s te bepalen, werd een op machine learning gebaseerde methode gebruikt die voornamelijk aan de TU Dortmund was ontwikkeld. “Deze verbeterde methoden betekenen dat we ongeveer tien keer meer neutrino’s hebben kunnen gebruiken voor evaluatie dan voorheen, en met een betere richtingsnauwkeurigheid”, legt Mirco Hünnefeld van TU Dortmund uit. “Over het algemeen was onze analyse drie keer gevoeliger dan eerdere onderzoeksmethoden.”

Door de IceCube-gegevens op deze manier te evalueren, werd voor het eerst de Melkweg afgebeeld zoals deze eruit zou zien met neutrino-ogen. “Dit beeld bevestigt wat we tot nu toe weten over de Melkweg en kosmische straling”, zei IceCube-onderzoeker Steve Sclafani. Maar dit is nog maar het begin. Het verzamelen van “IceCube”-gegevens gaat door en de methoden moeten verder worden verbeterd. “Dus we krijgen een beeld met een steeds betere resolutie”, legt Denise Caldwell van het “IceCube”-project uit. Zo willen wetenschappers precies weten waar neutrino’s vandaan komen. “Natuurlijk hopen we ook voorheen onbekende en nooit eerder geziene structuren in onze Melkweg te ontdekken.”

© dpa-infocom, dpa: 230629-99-226325/2