Op de Zuidpool vindt een wetenschappelijk experiment plaats waardoor de Burj Khalifa – het hoogste gebouw ter wereld – er klein uitziet. Het heet IceCube en ligt 2500 meter diep in het Antarctische ijs ingebed. Zijn taak? Het vastleggen van enkele van de zwaarste deeltjes in het universum: neutrino’s.
Ondanks het feit dat Antarctica uiterst moeilijk te bereiken is, zijn astronomen er dol op. Niet alleen is daar beneden IceCube, maar ze hebben ook een radiotelescoop gebouwd en meetstations opgezet om neutronen te tellen. Wat zou zo’n afgelegen locatie zo wenselijk kunnen maken voor de ruimtewetenschap dat het alle moeite waard is?
De polen zijn unieke plekken op onze planeet; hun nachten kunnen veel langer duren dan wij mensen op lage breedtegraden gewend zijn, en daar schijnt het noorderlicht het helderst. (Om nog maar te zwijgen van het feit dat ze bedekt zijn met ijs en bijna volledig verstoken zijn van beschaving.)
Voor de astronomie wordt het gebrek aan beschaving over het algemeen als een pluspunt beschouwd. Hoe verder je verwijderd bent van menselijke nederzettingen en elektriciteit, hoe minder lichtvervuiling je zult tegenkomen door nabijgelegen felle stadslichten. Veel plekken op aarde voldoen aan dit criterium: bijvoorbeeld het Atacama-woestijnplateau in Chili, waar veel telescopen staan.
[ Related: Why astronomers keep staring at the same spot in the sky ]
Maar de Zuidpool is om verschillende, vreemdere redenen een hotspot voor astronomen, omdat je daar andere, vreemdere deeltjes vanuit de ruimte kunt zien: neutronen en neutrino’s. Neutronen zijn de neutrale tegenhanger van protonen, een van de samenstellende delen van atomen. Neutrino’s zijn een ultralicht type deeltje waarmee het nauwelijks interageert iets. Ze zijn zo verraderlijk dat er elke seconde 100 biljoen van hen door je lichaam gaan en je zult het nooit merken.
Zowel neutronen als neutrino’s verwijzen naar kosmische straling, atoomkernen die met de snelheid van het licht door de ruimte vliegen voordat ze de aarde raken. ‘Kosmische straling in de ruimte draagt evenveel energie als sterrenlicht, dus het verkeerd begrijpen ervan is in sommige opzichten een probleem van dezelfde omvang als het verkeerd begrijpen van sterrenlicht’, legt Nathan Whitehorn uit, een astronoom aan de Michigan State University.
Wanneer kosmische straling onze atmosfeer raakt, interageert deze met andere atomen en creëert zogenaamde “luchtbuien” van andere hoogenergetische deeltjes, waaronder neutronen en neutrino’s. Het universum creëert ook enkele neutrino’s in de diepe ruimte, bekend als astrofysisch neutrino’s om van te onderscheiden sfeervol neutrino’s die ontstaan in luchtbuien.
Dingen als supernova-explosies en de zonnewind kunnen kosmische straling creëren met voldoende energie om neutronen naar de aarde te laten crashen. Maar “bij hogere energieën, waar we naar neutrino’s kijken, hebben we gewoon geen idee”, zegt Whitehorn. “Hoewel het hoogstwaarschijnlijk verband houdt met aanwas op superzware zwarte gaten.”
Er is een reden waarom de Zuidpool een belangrijke plek is om neutronen waar te nemen, en een heel andere reden waarom het zo goed is voor neutrino’s. Wat neutronen betreft: “de poolgebieden zijn fantastisch om dezelfde reden als waar je de aurora’s ziet: het magnetische veld van de aarde weert kosmische straling niet af zoals op de evenaar, omdat je dicht bij de magnetische polen bent”, legt Whitehorn uit. In wezen krijg je een directer zicht op kosmische straling op deze specifieke locatie in het magnetische veld van de aarde.
Voor neutrino’s heb je daarentegen een enorm oppervlak voor je detector nodig, omdat neutronen zo glad zijn. Het materiaal moet ook zo transparant mogelijk zijn, zodat je detector het kleine licht kan zien dat wordt uitgezonden wanneer het neutrino uiteindelijk ergens mee in wisselwerking staat.
Als je een detector ter grootte van een mens zou hebben, zou je ongeveer 100 jaar moeten wachten om één enkel neutrino te zien. Maar met een hele grote hoeveelheid materiaal – bijvoorbeeld een miljard ton ijs – doe je wetenschap. ‘De bodem van de poolijskap is verrassend genoeg een goede plek om deze te vinden’, zegt Whitehorn.
Neutronenmonitors zijn kleiner en sommige bestaan zelfs op de Noordpool. Maar de Noordpool is simpelweg te vluchtig om een stabiel miljard ton vat ijs te maken dat is aangesloten op hightech monitoren. ‘De Noordpool is moeilijker omdat de ijsbedekking daar varieert’, legt Brandon Pries, astrofysicus bij Georgia Tech, uit. “Er bevindt zich een gesteente onder Antarctica dat dient als een solide basis voor de IceCube-instrumenten.” Deze stichting is ook de reden waarom Antarctica de thuisbasis is van de South Pole Telescope, een radioobservatorium dat heeft geholpen bij het maken van de eerste foto van een zwart gat.
Als je nu aan de Zuidpool denkt, zul je je herinneren dat daar beneden meer dan pinguïns zijn: er is eigenlijk een unieke neutrino-jachtmachine die ons helpt de kosmos te bestuderen.