Russische astrofysici zijn dicht bij het bepalen van de oorsprong van hoogenergetische neutrino's uit de ruimte. Het team vergeleek gegevens over de ongrijpbare deeltjes verzameld door het Antarctische neutrino-observatorium IceCube en over lange elektromagnetische golven gemeten door radiotelescopen. Kosmische neutrino's bleken verband te houden met uitbarstingen in de centra van verre actieve sterrenstelsels, waarvan wordt aangenomen dat ze superzware zwarte gaten bevatten. Terwijl materie in de richting van het zwarte gat valt, een deel ervan wordt versneld en in de ruimte uitgestoten, waardoor neutrino's ontstaan ​​die vervolgens met bijna de snelheid van het licht door het universum zweven.

De studie is gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift en is ook beschikbaar in de preprint-repository van arXiv.

Neutrino's zijn mysterieuze deeltjes die zo klein zijn dat onderzoekers hun massa niet eens kennen. Ze gaan moeiteloos door objecten, mensen en zelfs hele planeten. Hoogenergetische neutrino's ontstaan ​​wanneer protonen versnellen tot bijna de lichtsnelheid.

De Russische astrofysici concentreerden zich op de oorsprong van ultrahoge-energetische neutrino's bij 200 biljoen elektronvolt of meer. Het team vergeleek de metingen van de IceCube-faciliteit, begraven in het Antarctische ijs, met een groot aantal radiowaarnemingen. De ongrijpbare deeltjes bleken tevoorschijn te komen tijdens radiofrequentie-uitbarstingen in de centra van quasars.

Quasars zijn stralingsbronnen in de centra van sommige sterrenstelsels. Ze bestaan ​​uit een enorm zwart gat dat materie opeet die in een schijf eromheen drijft en extreem krachtige stralen ultraheet gas uitspuwt.

"Onze bevindingen geven aan dat hoogenergetische neutrino's worden geboren in actieve galactische kernen, vooral tijdens radio-uitbarstingen. Omdat zowel de neutrino's als de radiogolven met de snelheid van het licht reizen, ze bereiken tegelijkertijd de aarde, ", zei de eerste auteur van de studie, Alexander Plavin.

Plavin is een Ph.D. student aan het Lebedev Physical Institute van de Russian Academy of Sciences (RAS) en het Moscow Institute of Physics and Technology. Als zodanig, hij is een van de weinige jonge onderzoekers die aan het begin van hun wetenschappelijke carrière resultaten van dat kaliber behaalt.

Neutrino's komen van waar niemand had verwacht

Na analyse van ongeveer 50 neutrino-gebeurtenissen die zijn gedetecteerd door IceCube, het team toonde aan dat deze deeltjes afkomstig zijn van heldere quasars die worden gezien door een netwerk van radiotelescopen rond de planeet. Het netwerk gebruikt de meest nauwkeurige methode om verre objecten in de radioband te observeren:zeer lange basislijninterferometrie. Deze methode creëert in wezen een gigantische telescoop door vele antennes over de hele wereld te plaatsen. Een van de grootste elementen van dit netwerk is de 100 meter lange telescoop van de Max Planck Society in Effelsberg.

Aanvullend, het team veronderstelde dat de neutrino's naar voren kwamen tijdens radio-uitbarstingen. Om dit idee te testen, de natuurkundigen bestudeerden de gegevens van de Russische RATAN-600 radiotelescoop in de Noord-Kaukasus. De hypothese bleek zeer plausibel ondanks de algemene aanname dat hoogenergetische neutrino's verondersteld worden samen met gammastraling te ontstaan.

"Eerder onderzoek naar de oorsprong van hoogenergetische neutrino's had hun bron juist 'onder de schijnwerpers' gezocht. We dachten dat we een onconventioneel idee zouden testen, hoewel met weinig hoop op succes. Maar we hebben geluk gehad, " zegt Yuri Kovalev van het Lebedev Instituut, MIPT, en het Max Planck Instituut voor Radioastronomie. "De gegevens van jarenlange observaties op internationale radiotelescooparrays maakten die zeer opwindende bevinding mogelijk, en de radioband bleek cruciaal te zijn om de oorsprong van neutrino's vast te stellen."

"Aanvankelijk, de resultaten leken te mooi om waar te zijn, maar na zorgvuldige heranalyse van de gegevens, we hebben bevestigd dat de neutrino-gebeurtenissen duidelijk geassocieerd waren met de signalen die werden opgepikt door radiotelescopen, " Sergey Troitsky van het Instituut voor Nucleair Onderzoek van RAS voegde toe. "We hebben die associatie gecontroleerd op basis van de gegevens van jarenlange observaties van de RATAN-telescoop van het RAS Special Astrophysical Observatory, en de kans dat de resultaten willekeurig zijn, is slechts 0,2%. Dit is een behoorlijk succes voor de neutrino-astrofysica, en onze ontdekking vraagt ​​nu om theoretische verklaringen."

Het team is van plan de bevindingen opnieuw te controleren en het mechanisme achter de oorsprong van neutrino's in quasars te achterhalen met behulp van de gegevens van Baikal-GVD, een onderwater-neutrino-detector in het Baikalmeer, die zich in de laatste bouwfase bevindt en al gedeeltelijk operationeel is. De zogenaamde Cherenkov-detectoren, gebruikt om neutrino's te spotten - inclusief IceCube en Baikal-GVD - vertrouwen op een grote massa water of ijs als middel om zowel het aantal neutrino-gebeurtenissen te maximaliseren als te voorkomen dat de sensoren per ongeluk worden geactiveerd. Natuurlijk, voortdurende observaties van verre sterrenstelsels met radiotelescopen zijn even cruciaal voor deze taak.