Loodzware zwarte gaten blazen spookdeeltjes als een hete adem uit over het universum. Daarop hinten de waarnemingen van IceCube, een reusachtige ijsdetector op de Zuidpool. IceCube gebruikt die onzichtbare reizigers om informatie te ontfutselen uit de meest extreme omgevingen van ons heelal, die met licht ondoordringbaar blijven.
Een ijsblok dat van de grond tot de wolken reikt en de hele historische binnenstad van Gent zou omsluiten. Verborgen op anderhalve kilometer diep onder de Zuidpool en met meer dan 5000 kunstmatige oogbollen erin. Dat is IceCube, de gigantische ijsdetector waarmee we spookdeeltjes vangen op aarde.
Spookdeeltjes kunnen overal doorheen vliegen, en dus ook ontsnappen uit de diepste krochten van het heelal: de omgeving rond een zwart gat
Wanneer die onzichtbare deeltjes ontsnappen uit hun geboorteplek, reizen ze miljarden jaren zonder dat iets hen belet. Totdat ze botsen in IceCube. Die kans is voor de duidelijkheid klein, zéér klein. Onze detector heeft een volume van één kubieke kilometer (dat is zowat een miljoen Olympische zwembaden). Toch botst maar één op de miljoen spookdeeltjes in de detector.
Zoals de naam verklapt, bestaat IceCube volledig uit ijs. Wanneer een spookdeeltje botst met dat ijs, ontstaat een geladen deeltje dat met hoge snelheid vooruit schiet. Door die hoge snelheid produceert het blauw licht, dat vervolgens tientallen meters ver door het transparante ijs flitst. Die lichtflits wordt waargenomen door 5160 kunstmatige oogbollen van ongeveer een basketbal groot. De oogbollen bevatten lichtsensoren en zitten op regelmatige afstand ingevroren in het ijs. De sensoren vangen het licht op, zetten het om in elektrische signalen en sturen dit door naar onderzoekers aan het oppervlak. Elk jaar detecteert IceCube zo’n 100 000 spookdeeltjes, waarvan slechts enkele tientallen afkomstig zijn van buiten ons zonnestelsel.
Na meer dan vijftien jaar spookdeeltjes vangen op de Zuidpool, lukt het ons langzaamaan om te achterhalen waar ze vandaan komen. Zo hebben ze ons nu voor het eerst een duidelijk signaal gegeven over hun geboorteplekken: de omgeving van superzware zwarte gaten die niets liever doen dan alles opeten. Eerlijk? Het had saaier gekund.
Veelvraten
Elke seconde vliegen honderd biljoen (100 000 000 000 000) spookdeeltjes door je lichaam heen. Je voelt ze, hoort ze of ziet ze niet. Zonder verpinken flitsen ze niet alleen door jouw lichaam, maar ook door de aarde, onze maan en alles wat in het heelal bestaat. De meeste van deze spookdeeltjes worden geboren in onze atmosfeer of de zon. Maar sommige daarvan zijn al miljarden jaren onderweg, hoewel ze aan de ongelofelijke snelheid van het licht reizen. Zo razen ze in één seconde liefst 7,5 keer rond de aarde. Waar ze vandaan komen, bleef een mysterie. Tot nu.
Een zevental spookdeeltjes komt uit de richting van sterrenstelsels met een superzwaar zwart gat in hun midden, dat door zijn zwaartekracht enorme hoeveelheden materiaal naar zich toetrekt. Een sterrenstelsel is een opeenhoping van sterren, die zich rond een gemeenschappelijk centrum beweegt. Daar zit vaak een superzwaar zwart gat verscholen. Ook in het sterrenstelsel waarin wij ons bevinden, de Melkweg, schuilt zo’n zwart monster.
In de meeste sterrenstelsels, zoals het onze, gedragen de zwarte gaten zich rustig en laten ze de rest van het stelsel ongemoeid. Maar in andere slokken ze het stof, het gas en de sterren rond zich heen op als grote veelvraten. En het is in de buurt van deze actieve zwarte gaten dat spookdeeltjes het levenslicht zien. Wetenschappers ontdekten dit door de route van meer dan 2000 spookdeeltjes te vergelijken met de posities van veertien sterrenstelsels.
Eeuwenoude reizigers met een superkracht
Welke processen precies verantwoordelijk zijn voor het ontstaan van die spookdeeltjes, blijft onzeker. De deeltjes worden niet gemaakt in het zwarte gat zelf, maar vermoedelijk in de extreem energierijke omgeving eromheen, waarin heet stof en gas zich verzamelt. Alleen al het achterhalen van hun oorsprong is een doorbraak in de sterrenkunde. Natuurkundigen noemen deze deeltjes “neutrino’s”, kleine deeltjes zonder elektrische lading. Ze wegen onmeetbaar weinig en reageren nauwelijks met andere materie, zoals atomen en moleculen. Dat geeft hen de superkracht om overal doorheen te vliegen, en dus ook te ontsnappen uit de diepste krochten van het heelal: de omgeving rond een zwart gat.
En het zijn die diepste krochten die sterrenkundigen interesseren. Neutrino’s geven ons een manier om naar het universum te kijken die we met licht niet hebben. Licht wordt te vaak tegengehouden door het stof en gas dat kosmische explosies versluiert, of wordt geblokkeerd door andere sterren of planeten. Neutrino’s geven ons toegang tot extreme plekken, die we op aarde niet kunnen nabootsen en dus ook nog niet begrijpen. Denk aan zwarte gaten, het midden van de Melkweg, of sterontploffingen. Welke nieuwe ontdekkingen zullen we daar nog aantreffen?
