IceCube detecteert hoogenergetische neutrino’s van Messier 77

Messier 77 is ook bekend als NGC 1068, LEDA 10266 en Cetus A. het is een balkspiraalvormig sterrenstelsel in het sterrenbeeld Cetus – Walvis.

Messier 77 heeft een visuele helderheid van magnitude 9,6 en bevindt zich op een afstand van ongeveer 47 miljoen lichtjaar. Het sterrenstelsel werd in 1780 voor het eerst gevonden door de Franse astronoom Pierre Méchain die het oorspronkelijk aanzag voor een nevel.

Méchain besprak zijn ontdekking met zijn collega, de Franse astronoom Charles Messier. Messier geloofde dat het heldere object dat hij zag een cluster van sterren was maar met het voortschrijden van de technologie weten we tegenwoordig dat het een compleet sterrenstelsel is.

Messier 77 heeft een doorsnede van ongeveer 100.000 lichtjaar en het is daarmee een van de grotere sterrenstelsels in de Messier-catalogus. Het is zo groot en heeft zoveel massa dat het andere nabije sterrenstelsels aantrekt en vervormd.

Messier 77 is ook een van de meest nabije sterrenstelsels met een actieve galactische kern. Dergelijke sterrenstelsels behoren tot de helderste objecten in het heelal en ze zenden hun licht uit van gammastraling en röntgenstraling tot microgolfstraling en radiogolven.

Het is ook een Type II Seyfert stelsel dat wordt gekarakteriseerd door bijzonder helder te zijn op infrarode golflengtes.

Volgens Dr. Gary Hill, astrofysicus van het Department of Physics van de universiteit van Adelaide en lid van het IceCube Collaboration wordt het actieve sterrenstelsel Messier 77 aangedreven door een nabij supermassief zwart gat dat verstopt ligt achter kosmisch stof. Neutrino’s, die zelden interacteren met materie zouden belangrijke informatie kunnen leveren over de actieve kern van het stelsel.

De onderzoekers zochten naar e emissie van neutrino’s afkomstig van astrofysische objecten en ze gebruikten daarvoor gegevens die door het IceCube Observatory tussen 2011 en 2020 waren verzameld.

In 208 vond IceCube  de eerste bron van neutrino’s ooit die afkomstig waren van TXS 0506+056. Dit is een blazar die zich in de linkerschouder van het sterrenbeeld Orion bevindt. De blazar is ongeveer 4miljard lichtjaar van ons verwijderd. De blazar heeft straalstromen van deeltjes die worden aangedreven door een superzwaar zwart gat. Die straalstromen wijzen recht naar de Aarde en zenden neutrino’s uit.

Dit leidde tot gezamenlijke waarnemingen over een korte periode van neutrino’s en gammastraling.

Messier 77 is ongeveer 100 keer dichterbij en tot nu toe zijn er ongeveer 80 neutrino-gebeurtenissen geïdentificeerd vanuit het actieve sterrenstelsel.

In tegenstelling tot de blazar TXS 0506+056 is Messier 77 zo georiënteerd ten opzichte van de Aarde dat een direct zicht op het centrale emissiegebied door stof wordt verduisterd. Gammastraling wordt geabsorbeerd maar de neutrino’s kunnen ongeremd uit deze regio’s ontsnappen.

Na de opwinding in 2018 van de ontdekking van neutrino’s van TXS 0506+056 is het nog opwindender om een bron te vinden die een gestage stroom neutrino’s produceert die we met IceCube kunnen zien. Het feit dat neutrino’s ontsnappen uit deze anders verduisterde gebieden in het heelal betekent dat ze ook moeilijk te detecteren zijn.

Hiervoor zijn grote detectoren nodig zoals IceCube die momenteel de leider is in het veld met een geïnstrumenteerd volume van een kubieke kilometer diep zuidpoolijs.

Veel neutrino’s gaan dwars door de Aarde heen maar sommige interageren in het ijs nabij de detector en creëren daar muonen. Deze muonen zorgen voor het uitzenden van een lichtflits en die lichtflitsen worden opgepikt door de meer dan 5000 optische sensoren ter grootte van een basketbal, verspreid over 86 snaren, die zijn geplaatst in gaten die tot bijna 2500 meter diepte in het permanent bevroren ijs zijn geboord.

De lichtpatronen worden gebruikt om de aankomstrichtingen en energieën van de deeltjes af te leiden.

De enorme omvang van IceCube vergde vele jaren inspanning door honderden mensen over de hele wereld om de constructie te voltooien en de reactie op hoogenergetische deeltjes te begrijpen.

Over een aantal jaren zullen er meer instrumenten in het ijs van de zuidpool worden geplaatst. Dit als onderdeel van een poging om de detector verder te verbeteren.

De ontdekking wordt beschreven in een artikel dat in het tijdschrift Science is gepubliceerd.

Artikel: R. Abbasi et al. (IceCube Collaboration). 2022. Evidence for neutrino emission from the nearby active galaxy NGC 1068. Science 378 (6619): 538-543; doi: 10.1126/science.abg3395

Eerste publicatie: 7 november 2022
Bron: Sci-News