Revolutionaire CERN-test bootst blazarplasma na en ondersteunt theorie van primordiale magnetische velden in het heelal

Een internationale groep wetenschappers, geleid door experts van Oxford University, heeft een opmerkelijke prestatie geleverd op het gebied van laboratoriumastrofysica. Voor het eerst slaagden zij erin om onder gecontroleerde omstandigheden plasmatische ‘vuurballen’ na te bootsen. Dit experiment, uitgevoerd bij CERN met behulp van de Super Proton Synchrotron versneller, was specifiek gericht op het onderzoeken van de stabiliteit van de deeltjesstromen die afkomstig zijn van blazars. Het doel was om licht te werpen op het raadsel van het tekort aan gammastralen en het mogelijke bestaan van verborgen kosmische magnetische velden. De bevindingen van dit cruciale onderzoek werden op 3 november 2025 gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS.

De kern van dit baanbrekende werk lag in de simulatie van de deeltjescascades die door blazars worden geïnitieerd. Dit stelde de onderzoekers in staat om empirisch de hypothesen over de aard van de intergalactische velden te testen. Het team, waaronder professor Gianluca Gregori, professor Bob Bingham van de STFC Central Laser Facility en professor Subir Sarkar, maakte gebruik van de HiRadMat-faciliteit. Hiermee werden elektronen-positronenparen gegenereerd. Deze paren werden vervolgens door een meter lange regio geleid die gevuld was met omringend plasma. Dit proces bootste nauwkeurig de verspreiding na van blazarstraling door de uitgestrekte intergalactische ruimte, waardoor een unieke blik in kosmische processen werd verkregen.

De centrale vraag van het experiment betrof de onverklaarbare afwezigheid van gammastralen met energieën in de gigaelectronvolts (GeV). Volgens theoretische berekeningen zouden deze stralen, die cruciaal zijn voor het begrijpen van kosmische energieprocessen, moeten ontstaan uit cascades van veel energierijkere teraelectronvolt (TeV) stralen, die door blazars worden uitgezonden. Er waren twee dominante verklaringen in omloop om dit tekort te verklaren: ofwel de afbuiging van de stralen door zwakke intergalactische magnetische velden die hun pad beïnvloeden, ofwel een spontane instabiliteit in de deeltjesbundels zelf, die lokaal verstrooiende magnetische velden zou genereren. De analyse van het bundelprofiel en de magnetische signalen leverde echter een verrassende uitkomst op: de deeltjesbundel bleef opmerkelijk smal en vrijwel parallel. Dit resultaat toonde aan dat er minimale zelfinteractie plaatsvond en dat er geen significante, zelfgegenereerde magnetische velden ontstonden die de straling zouden kunnen verspreiden.

Wanneer dit resultaat wordt geëxtrapoleerd naar de immense kosmische schaal, toont het overtuigend aan dat de instabiliteiten tussen de bundel en het plasma te verwaarlozen zijn om het waargenomen tekort aan GeV-gammastralen te verklaren. Dit dwingende bewijs versterkt daarmee de theorie dat er al een magnetisch veld in de intergalactische ruimte aanwezig is, een zogenaamd reliktveld dat waarschijnlijk een overblijfsel is uit de vroegste fase van het heelal. Hoewel deze methodologische triomf het mogelijk maakt om extreme kosmische fenomenen in een aardse laboratoriumomgeving te toetsen en speculatieve modellen empirisch te verifiëren, verdiept het de fundamentele puzzel. Door één belangrijke hypothese uit te sluiten, blijft de prangende vraag hoe dit primaire magnetische veld precies in het vroege universum is ‘gezaaid’ onbeantwoord. De onderzoekers suggereren dat het oplossen van dit diepgaande mysterie mogelijk een herziening van de fysica vereist die verder gaat dan de huidige kaders van het Standaardmodel.