Een Amerikanen en een Japanner ontvangen in december de Nobelprijs voor natuurkunde voor hun astrofysische onderzoek naar de waarneming van kosmische neutrino’s. Een andere Amerikaan deelt met hun de prijs voor zijn pionierswerk dat uitmondde in de ontdekking van röntgenbronnen in het heelal.

Dit jaar beloont het Nobelcomité drie astrofysici met de Nobelprijs voor natuurkunde. Alle drie werkten zij aan instrumenten die het mogelijk maakten om deeltjes en straling uit de ruimte te meten. Het betreft twee takken van de astrofysica, namelijk onderzoek naar kosmische neutrino’s en het onderzoek naar röntgenstraling uit het heelal.

Raymond Davis Jr voerde in de jaren vijftig al experimenten uit om neutrino’s te meten. Die waren in 1930 door Pauli bedacht als verklaring voor het continue energiespectrum van elektronen die vrijkomen bij het bètaverval. Dergelijke neutrino’s moesten ook ontstaan bij processen in de Zon en in grote hoeveelheden de Aarde bestoken.

Hoe de natuur door klimaatverandering uit de pas begint te lopen
LEES OOK
Hoe de natuur door klimaatverandering uit de pas begint te lopen

Bij een eerste experiment vulde Davis een tank met bijna vierduizend liter tetrachloorkoolstof. Volgens de theorie zou bij een botsing van een neutrino met een chloor-37-atoom het radioactieve argon-37-atoom en een elektron ontstaan. Davis liet helium door de vloeistof borrelen en isoleerde vervolgens in een koolstofval gekoeld met vloeibaar stikstof de argonatomen en bepaalde hun activiteit. Een volgend experiment voerde Davis uit in een oude goudmijn in Zuid-Dakota. Daarin bevatte een tank 615 ton tetrachlooretheen. Tot aan 1994 zijn daar metingen uitgevoerd. Van de in 24 jaar tijd mogelijk ontstane 2200 argonatomen zijn er 1997 geëxtraheerd en 875 geteld door een speciale stralingsteller. Het merendeel daarvan was afkomstig van zonneneutrino’s. Davis wordt gezien als de pionier van deze meetgevoelige techniek die een nieuw veld van neutrinonatuurkunde inluidde.

De Japanner Masatoshi Koshiba is de vader van het Kamiokande-experiment. In een ondergrondse tank met 2140 ton water zocht hij in eerste instantie naar sporen van het verval van protonen. Detectoren rondom de tank moesten de Cherenkovstraling waarnemen die vervallende deeltjes uitzenden. Vanwege de resultaten van Davis maakte Koshiba de detector later gereed voor de waarneming van zonneneutrino’s. De opzet van detectoren rondom de tank maakte het mogelijk om de richting waaruit een neutrino kwam vast te stellen. Sinds 1986 kon de herbouwde Kamiokande meten en begin jaren negentig was er het definitieve bewijs dat de zon neutrino’s uitzendt. Dat bevestigde het bewijs van Davis dat fusieprocessen in de Zon voor de energieproductie zorgen.

Riccardo Giacconi publiceerde in 1960 met zijn collega Rossi over de mogelijkheid om röntgentelescopen te maken. Tot dan toe was waarneming van röntgenstraling uit de ruimte sterk gehandicapt doordat de aardatmosfeer die straling grotendeels tegenhoudt en verstoord. Giacconi en zijn groep begonnen aan metingen met geigertellers aan boord van raketten. Zo werden diverse bronnen van röntgenstraling in de ruimte ontdekt. De röntgentelescopie vervolgde in het satellietentijdperk met de satelliet Uhuru, gelanceerd in 1970. Dit vormde een belangrijke mijlpaal.

Sterrenkundigen ontdekten met de röntgentelescopen in satellieten nog meer sterke stralingsbronnen in de ruimte en ontwikkelden daarop nieuwe theorieën over ontstaan en sterven van sterren. Halverwege de jaren zeventig lanceerde Giacconi met Harvey Tananbaum de plannen voor een nieuwe röntgentelescoop, de AXAF. Die is in juli 1999 gelanceerd en levert, herdoopt tot Chandra, de laatste jaren veel nieuwe informatie over het heelal.

Met de Nobelprijs voor Riccardo Giacconi wil het Nobelcomité ook zijn, inmiddels overleden, medepioniers van de eerste drie decennia röntgenastronomie eren, namelijk Herbert Friedman en Bruno Rossi.