De VERITAS-array heeft de detectie van hoogenergetische gammastraling bevestigd in de buurt van een superzwaar zwart gat in een ver sterrenstelsel, TXS 0506+056. Hoewel deze detecties relatief vaak voorkomen bij VERITAS, dit zwarte gat is mogelijk de eerste bekende astrofysische bron van hoogenergetische kosmische neutrino's, een soort spookachtig subatomair deeltje dat kan worden gemaakt bij astrofysische bronnen van ultrahoge energiekosmische straling.

De Universiteit van Utah is een van de stichtende samenwerkende instellingen van het VERITAS-observatorium. Co-auteur Dave Kieda, hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde en decaan van de U-graduate school, leidde het ontwerp, constructie en upgrade van VERITAS die het instrument een verhoogde gevoeligheid gaf voor de lagere energie-gammastralen die cruciaal waren voor de ontdekking. Anushka Udara Abeysekara, wetenschappelijk universitair docent natuurkunde en sterrenkunde aan de U, is ook co-auteur op het papier.

"Dit is de eerste keer dat we hoogenergetische gammastraling en neutrino's hebben gezien die worden gegenereerd door een gemeenschappelijke astrofysische bron. Dit is het bewijs dat nabije en verre sterrenstelsels met superzware zwarte gaten in hun centra actief hoogenergetische kosmische straling creëren, "zei Kieda. "Het is een van de puzzelstukjes die nodig zijn om het mysterie op te lossen waar deze kosmische straling vandaan komt."

De Universiteit van Utah exploiteert ook het Telescope Array-observatorium voor kosmische straling, gevestigd in Delta, Utah. in 2015, de University of Utah Telescope Array Group identificeerde een potentiële hotspot van ultrahoge energetische kosmische straling afkomstig uit een breed gebied van de hemel dat talrijke potentiële extragalactische bronnen van kosmische straling bevat. Omdat het magnetische veld van onze Melkweg de baan van binnenkomende kosmische deeltjes buigt, de Telescope Array was niet in staat om een ​​individueel sterrenstelsel aan te wijzen als de oorsprong van de hoogenergetische kosmische straling. De ontdekking van VERITAS-gammastraling, in combinatie met de ICECUBE neutrinodetectie, biedt een manier om een ​​enkel sterrenstelsel direct te identificeren als een bron van hoogenergetische kosmische straling. Deze "multi-messenger"-benadering van astronomie - gebruikmakend van gezamenlijke observaties van neutrino's, gamma stralen, Röntgenstraling en kosmische straling - zorgt voor een grote doorbraak in het begrip van de astrofysische oorsprong van de meest energetische deeltjes in het universum.

"Het tijdperk van multi-messenger astrofysica is hier, " zei de directeur van de National Science Foundation, France Córdova. "Elke boodschapper - van elektromagnetische straling, zwaartekrachtsgolven en nu neutrino's - geeft ons een vollediger begrip van het universum, en belangrijke nieuwe inzichten in de meest krachtige objecten en gebeurtenissen in de lucht. Dergelijke doorbraken zijn alleen mogelijk door een langdurige inzet voor fundamenteel onderzoek en investeringen in uitstekende onderzoeksfaciliteiten."

VERITAS levert cruciaal stuk aan puzzel om neutrino's te ontdekken

De VERITAS-array heeft de detectie van gammastraling in de buurt van een superzwaar zwart gat bevestigd. Hoewel deze detecties relatief vaak voorkomen bij VERITAS, dit zwarte gat is mogelijk de eerste bekende astrofysische bron van hoogenergetische kosmische neutrino's, een soort spookachtig subatomair deeltje.

Op 22 sept. 2017 het IceCube Neutrino Observatorium, een kubieke kilometer neutrino-telescoop op de Zuidpool, detecteerde een hoogenergetisch neutrino van potentiële astrofysische oorsprong. Echter, IceCube is niet in staat om een ​​bron van neutrino's aan de hemel te lokaliseren. Daarom, wetenschappers hadden meer informatie nodig.

Zeer snel nadat de detectie door IceCube was aangekondigd, telescopen over de hele wereld, waaronder VERITAS (wat staat voor het "Very Energetic Radiation Telescope Array System") kwamen in actie om de bron te identificeren. De VERITAS, MAGIC en H.E.S.S. gammastralingsobservatoria keken allemaal naar de neutrinopositie. In aanvulling, andere observatoria voor gammastraling die een groot deel van de hemel bewaken bij lagere en hogere energieën, boden ook dekking.

Deze vervolgwaarnemingen van de ruwe IceCube-neutrinopositie suggereren dat de bron van het neutrino een blazar is, dat is een superzwaar zwart gat met krachtige uitstromende jets die in de loop van de tijd dramatisch in helderheid kunnen veranderen. Deze blazer, bekend als TXS 0506+056, bevindt zich in het centrum van een melkwegstelsel op ongeveer 4 miljard lichtjaar van de aarde.

aanvankelijk, NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope observeerde dat TXS 0506+056 meerdere keren helderder was dan gewoonlijk wordt gezien in zijn all-sky monitoring. Eventueel, het MAGIC-observatorium heeft ongeveer twee weken na de detectie van neutrino's veel energierijke gammastralen gedetecteerd, terwijl VERITAS, H.E.S.S. en HAWC zagen de blazar in geen van hun waarnemingen gedurende de twee weken na de waarschuwing.

Gezien het belang van detectie van gammastraling met hogere energie bij het identificeren van de mogelijke bron van het neutrino, VERITAS bleef de volgende maanden TXS 0506+056 observeren, tot en met februari 2018, en onthulde de bron, maar in een zwakkere staat dan wat werd gedetecteerd door MAGIC.

De detectie van gammastraling die samenvalt met neutrino's is verleidelijk, aangezien beide deeltjes moeten worden geproduceerd bij het genereren van kosmische straling. Sinds ze meer dan honderd jaar geleden voor het eerst werden ontdekt, kosmische straling - zeer energetische deeltjes die continu vanuit de ruimte op aarde neerregenen - hebben een blijvend mysterie gevormd. Wat creëert en lanceert deze deeltjes over zulke grote afstanden? Waar komen ze vandaan?

"Het potentiële verband tussen de neutrino-gebeurtenis en TXS 0506+056 zou nieuw licht werpen op de versnellingsmechanismen die plaatsvinden in de kern van deze sterrenstelsels, en aanwijzingen geven over de eeuwenoude kwestie van de oorsprong van kosmische straling, " zei co-auteur en woordvoerder van VERITAS Reshmi Mukherjee van Barnard College, Columbia-universiteit in New York, New York.

"Astrofysica gaat een opwindend nieuw tijdperk in van waarnemingen met meerdere berichten, waarin hemelbronnen worden bestudeerd door de detectie van de elektromagnetische straling die ze over het spectrum uitzenden, van radiogolven tot hoogenergetische gammastraling, in combinatie met niet-elektromagnetische middelen, zoals zwaartekrachtsgolven en hoogenergetische neutrino's, " zei co-auteur Marcos Santander van de Universiteit van Alabama in Tuscaloosa.

Een paper waarin de diepe VERITAS-waarnemingen van TXS 0506+056 worden beschreven, verschijnt online in The Astrofysische journaalbrieven op 12 juli, 2018.