Hoogenergetische neutrino's zijn zeer fascinerende subatomaire deeltjes die worden geproduceerd wanneer zeer snel geladen deeltjes botsen met andere deeltjes of fotonen. IceCube, een bekende neutrinodetector op de Zuidpool, detecteert al bijna tien jaar extragalactische hoogenergetische neutrino's.

Hoewel veel natuurkundigen de waarnemingen hebben onderzocht die zijn verzameld door de IceCube-detector, is de oorsprong van de meeste hoogenergetische neutrino's die het heeft gedetecteerd nog niet vastgesteld. Deze neutrino's zijn buiten ons melkwegstelsel gedetecteerd en kunnen het gevolg zijn van verschillende kosmologische gebeurtenissen.

Onderzoekers van Deutsches Elektronen Synchrotron DESY, Humboldt-Universität zu Berlin en andere academische instituten in Europa en de VS hebben onlangs een onderzoek uitgevoerd dat zich richt op een specifieke gewelddadige kosmologische gebeurtenis, die AT2019fdr wordt genoemd. Hun paper, gepubliceerd in Physical Review Letters , laat zien dat deze gebeurtenis de oorsprong zou kunnen zijn van een hoogenergetisch neutrino.

"Ons team voert al drie jaar een systematische studie uit, waarbij we de optische onderzoekstelescoop van de Zwicky Transient Facility (ZTF) hebben gebruikt om het hemelgebied te scannen van elk nieuw hoogenergetisch neutrino dat we kunnen waarnemen", zegt Simeon Reusch, een van de onderzoekers die de studie hebben uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Ons recente artikel onderzoekt een mogelijke bron voor een van deze neutrino's, een enorme optische uitbarsting in een heel ver sterrenstelsel, dat AT2019fdr wordt genoemd."

AT2019fdr, de optische uitbarsting die door Reusch en zijn collega's is onderzocht, is een voorbijgaande gebeurtenis, wat betekent dat deze in de loop van de tijd verandert. De onderzoekers hebben deze gebeurtenis grondig bestudeerd om de mogelijke bron te achterhalen.

Op basis van hun analyses concludeerden ze dat AT2019fdr hoogstwaarschijnlijk een getijdenverstoring (TDE) was. TDE's treden op wanneer een ster het superzware zwarte gat in het centrum van een melkwegstelsel nadert en dichtbij genoeg is om erdoor te worden beïnvloed.

"Terwijl de ster het zwarte gat nadert, is de zwaartekracht voor de ster veel sterker dan aan de achterkant, waardoor de ster uit elkaar wordt getrokken", legt Reusch uit. "Ongeveer de helft van de massa van de ster wordt dan opgehoopt rond het zwarte gat, waardoor het puin maandenlang helder schijnt."

Reusch en zijn collega's probeerden ook te bepalen of AT2019fdr de mogelijke oorsprong zou kunnen zijn van het hoogenergetische neutrino dat ze hebben waargenomen. Om dit te doen, werkten ze samen met theoretische fysici die de bron konden modelleren en theoretische voorspellingen konden doen op basis van hun modellen.

"We hebben geprobeerd zoveel mogelijk elektromagnetische gegevens over AT2019fdr te verzamelen, die een breed scala aan golflengten bestrijken", zei Reusch. "We hebben de locatie geobserveerd en reeds bestaande gegevens ervoor verzameld in radio-, infrarood-, optische, UV-, röntgen- en gammastralingsgolflengten."

In hun analyse beoordeelden de onderzoekers zowel de AT2019fdr-gebeurtenis als andere mogelijke bronnen voor het hoogenergetische neutrino dat ze waarnamen, die zich allemaal binnen een redelijke nabijheid bevonden. Interessant genoeg sloten ze alle bronnen uit behalve AT2019fdr, vanwege hun lichtcurve (d.w.z. helderheidsprofiel in de loop van de tijd) of vanwege de optische spectra die ze namen.

"De sterke stofecho die we hebben gedetecteerd, bevindt zich in het infraroodbereik, waardoor AT2019fdr wordt gekoppeld aan een subklasse van stofechobronnen in het centrum van sterrenstelsels", zei Reusch. "De daadwerkelijke 'echo' wordt geproduceerd wanneer de intense straling van de TDE het omringende stof verwarmt, dat vervolgens in het infraroodbereik begint te gloeien. De enorme omvang van het systeem veroorzaakt vertragingen vanwege de reistijden van het licht, wat de reden is waarom de piek van de stofecho wordt vertraagd ten opzichte van de flare."

Reusch en zijn collega's hebben ook een laat röntgensignaal waargenomen met de eROSITA aan boord van de SRG-satelliet, met een extreem zacht spectrum. Over het algemeen wijzen zowel hun metingen als theoretische analyses op AT2019fdr als de bron van het hoogenergetische neutrino dat ze hebben waargenomen. Bovendien suggereren de bevindingen van het team dat AT2019fdr een TDE is en geen superlichtgevende supernova, een "gewone" uitbarsting die uit het centrum van de melkweg komt, of een ander type kosmologische gebeurtenis.

"Onze bevindingen zijn opmerkelijk, aangezien een eerder artikel van onze groep al een TDE (AT2019fdr) had geïdentificeerd als de waarschijnlijke bron van een ander hoogenergetisch neutrino," voegde Reusch eraan toe. "Als deze TDE's inderdaad beide neutrinobronnen waren, moeten ze behoorlijk efficiënt zijn in het produceren van hoogenergetische neutrino's. Multi-messenger-onderzoeken zoals die in ons artikel bieden inzicht in kosmische deeltjesversnellers zoals TDE's of AGN die niet mogelijk zijn op basis van fotonen alleen."

In hun volgende onderzoeken zullen de onderzoekers meer analyses uitvoeren om hun bevindingen verder te valideren. Bovendien zijn ze van plan om naar andere TDE's te zoeken binnen de grote dataset van kosmologische gebeurtenissen die tot nu toe door ZTF is samengesteld. + Verder verkennen

Heeft een zwart gat dat een ster eet een neutrino gegenereerd? Onwaarschijnlijk, blijkt uit nieuwe studie

© 2022 Science X Network