CERN-experiment Biedt Sterke Steun voor Intergalactisch Magnetisch Veld als Oplossing voor Ontbrekende Gammastralen

Een internationaal team van wetenschappers heeft met succes de extreme omstandigheden van energetische kosmische jets nagebootst in een laboratoriumomgeving. Dit markeert een significante stap voorwaarts in de experimentele astrofysica. Door gebruik te maken van de Super Proton Synchrotron (SPS) versneller bij CERN in Genève, creëerden de onderzoekers plasma 'vuurballen' om een langdurig kosmisch raadsel te onderzoeken: de onverklaarbare verdwijning van hoogenergetische gammastralen die door de intergalactische ruimte reizen. Dit cruciale onderzoek, waarvan de details op 3 november 2025 werden gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), slaat een brug tussen theoretische kosmologie en tastbare aardse experimenten.

De focus van het onderzoek lag op blazars. Dit zijn sterrenstelsels met superzware zwarte gaten die krachtige bundels straling en deeltjes met bijna-lichtsnelheid richting de Aarde uitstoten. Deze jets produceren intense teraelektronvolt (TeV) gammastralen. Theoretisch gezien zouden deze stralen, terwijl ze door de ruimte bewegen, moeten interageren met achtergrondlicht, wat resulteert in de creatie van elektron-positronparen. Vervolgens zouden deze paren een secundaire emissie van gammastralen met lagere energie moeten genereren door verstrooiing op de kosmische microgolfachtergrond.

Echter, ruimte-instrumenten, waaronder de Fermi-satelliet, slagen er consequent niet in om deze voorspelde secundaire emissie waar te nemen. Dit heeft astrofysici voor een aanzienlijk dilemma geplaatst. Er waren twee belangrijke theorieën die dit tekort probeerden te verklaren: ofwel doordringen zwakke magnetische velden het intergalactische medium en buigen ze de deeltjesparen subtiel af, ofwel worden de bundels zelf instabiel tijdens hun reis door het ijle kosmische materiaal, waardoor zelfversterkende magnetische velden ontstaan die energie doen verdwijnen.

Het onderzoeksteam, een samenwerking tussen de University of Oxford en de STFC's Central Laser Facility (CLF), gebruikte de HiRadMat-faciliteit van CERN om deze hypotheses direct te testen. Door elektron-positronparen te genereren via de SPS en deze door een meter-lang omgevingsplasma te leiden, simuleerden zij de voortplanting van een door blazar aangedreven cascade door intergalactisch plasma. Deze opstelling bood een unieke kans om de interacties nauwkeurig te observeren onder gecontroleerde omstandigheden.

De experimentele metingen leverden een duidelijk resultaat op: de deeltjesbundel bleef opmerkelijk smal en bijna parallel. Er was minimale aanwijzing voor zelf gegenereerde magnetische velden of storende instabiliteit. Deze bevinding wijst er sterk op dat bundel-plasma-instabiliteiten niet de primaire oorzaak zijn voor de ontbrekende GeV gammastralen. Dit biedt substantiële empirische steun aan de alternatieve hypothese die externe magnetische velden impliceert.

Professor Gianluca Gregori van de University of Oxford, de hoofdonderzoeker, merkte op dat deze laboratoriuminspanningen de abstracte theorie effectief verbinden met concrete waarneming, wat ons begrip van verre astrofysische fenomenen verbetert. De centrale implicatie van deze ontdekking is een sterke bevestiging van het bestaan van een alomtegenwoordig intergalactisch magnetisch veld, mogelijk een oud overblijfsel uit de vroegste momenten van het universum. De stabiliteit die in het experiment werd waargenomen – wat duidt op een extern magnetisch 'steigerwerk' – dwingt wetenschappers nu om de initiële bron van dat veld te zoeken, waardoor deze kosmische structuur wordt beschouwd als een diepgaande aanwijzing voor de begincondities van het universum.