Onderzoekers volgden een kosmisch spookdeeltje tot aan een verre sterrenfabriek

Onderzoekers hebben één enkele hoogenergetische neutrino gevolgd tot op een onvoorstelbare afstand. Wat ze vonden aan het einde van dat pad, was een oeroude sterrenfabriek uit de kindertijd van het heelal.

Elke seconde vliegen er biljoenen neutrino’s door je lichaam, zonder dat je er iets van merkt. Deze “spookdeeltjes” hebben nauwelijks massa, geen elektrische lading en razen dwars door planeten, mensen en sterren alsof die er niet zijn. Diezelfde eigenschap maakt ze kostbaar voor sterrenkundigen. 

Af en toe bereikt een neutrino de aarde immers met een gigantische energie, voor zijn grootte ten minste. Die krijgt het van extreem energetische gebeurtenissen die ooit, ergens in het heelal hebben plaatsgevonden. Wil je weten wat en waar, dan volg je in een rechte lijn gewoon het pad dat de neutrino heeft afgelegd om tot bij de aarde te raken. Neutrino’s buigen onderweg niet af door magnetische velden. Ze vliegen in een volmaakte rechte lijn.

Een deeltje uit Antarctica

Op 22 september 2021 ving een detector in Antarctica, de IceCube-detector, zo’n hoogenergetisch deeltje op. De neutrino in kwestie had een energie van 750 tera-elektronvolt (TeV). Dat is vele malen krachtiger dan deeltjesversnellers op aarde kunnen maken. Het moest dus uit de ruimte komen.

De onderzoekers konden een vlek aan de hemel aanwijzen waar het waarschijnlijk vandaan kwam en de jacht op de bron begon meteen. Maar aanvankelijk vonden ze niets. Dat kwam, zo bleek later, omdat ze uitsluitend keken naar gammastraling, röntgenstraling en zichtbaar licht.

Een ander soort licht

Onderzoekers uit Taiwan en Japan besloten om hetzelfde gebied te doorkammen op submillimeterlicht. Dat is straling die ergens tussen radiogolven en infrarood zit. Ze gebruikten voor deze zoektocht de James Clerk Maxwell-telescoop op Hawaï en konden uiteindelijk één opvallend felle bron waarnemen. Die kreeg de naam ‘Shadow Blaster’.

Scherpere vervolgwaarnemingen, onder meer met de ALMA-telescoop in Chili, toonden aan dat de bron bestond uit niet één, maar vier beelden van hetzelfde stelsel. Een zwaartekrachtlens dus. Dat fenomeen, dat door Einstein werd beschreven, treedt op wanneer zware materie de ruimte om zich heen buigt en dus ook het licht dat erlangs scheert. Een sterrenstelsel op de voorgrond werkt zo als een soort gigantisch vergrootglas: het buigt het licht van een verder stelsel erachter, vergroot het en splitst het in meerdere beelden. 

Leestip: De verborgen gloed van Gum 10 en 11: zo ziet een kraamkamer van sterren eruit

Een sterrenfabriek uit de oertijd

Het stelsel achter die lens bleek zich op een duizelingwekkende afstand te bevinden: zijn licht deed er meer dan elf miljard jaar over om ons te bereiken. We zien het dus zoals het was tijdens de “kosmische middag”, een periode waarin het heelal veel meer sterren produceerde dan nu.

En wat voor stelsel: de onderzoekers denken dat het een stoffige sterrenfabriek was die honderden keren sneller sterren maakte dan onze Melkweg, samengeperst in een piepklein, gasrijk hart van slechts een paar duizend lichtjaar groot.

Zo’n dicht, gasrijk hart werkt als een val voor kosmische straling. Dat zijn eigenlijk snelle protonen die op het gas knallen en daarbij neutrino’s produceren. Het is vergelijkbaar met hoe botsende deeltjes in een versneller op aarde werken, maar dan véél krachtiger.

Geen bewezen bron

Eén nuance is wel op haar plaats. Het is heel onwaarschijnlijk dat dit stelsel op tien jaar tijd zelfs maar één neutrino zou produceren dat even krachtig is als het exemplaar dat IceCube opving. Het valt echter niet uit te sluiten dat dit uitzonderlijk toch eens is gebeurd. De onderzoekers noemen Shadow Blaster dan ook de “meest plausibele kandidaat”. Het is dus geen bewezen bron.

Als het deeltje ergens anders vandaan komt, is Shadow Blaster misschien gewoon een toevallige ontdekking. Maar dankzij die zwaartekrachtlens konden astronomen wel één lid van wat mogelijk een hele verborgen populatie is van dergelijke sterrenfabrieken, van dichtbij bekijken. Om de rest in beeld te krijgen zijn nieuwe, veel gevoeligere telescopen nodig.

Schrijf je in voor de nieuwsbrief! Ook elke dag vers het laatste wetenschapsnieuws in je inbox? Of elke week? Schrijf je hier in voor de nieuwsbrief!

Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast: