Diep in de Japanse bergen, in een reusachtig reservoir gevuld met 50.000 ton ultrazuiver water, hebben wetenschappers een nauwelijks waarneembaar gefluister uit het heelal opgevangen. Super-Kamiokande – een van de meest gevoelige 'neutrinotelescopen' ter wereld – heeft de eerste aanwijzingen gedetecteerd van het zogenoemde diffuse supernova-neutrino-achtergrondsignaal (DSNB). Het gaat om deeltjes die zijn geboren in de thermonucleaire hel van talloze sterexplosies gedurende de gehele kosmische geschiedenis.
Neutrino's worden niet voor niets 'spookdeeltjes' of 'kosmische schimmen' genoemd. Deze elementaire deeltjes reageren vrijwel nergens op: triljoenen ervan schieten elke seconde door je lichaam zonder een enkel spoor na te laten. Toch zijn het juist deze deeltjes die het leeuwendeel van de energie wegdragen bij een supernova-explosie. Wanneer een zware ster zijn brandstof heeft verbruikt en de kern ineenstort, komt er een kettingreactie op gang waarbij ongeveer 10^58 neutrino's vrijkomen – een getal dat ons voorstellingsvermogen ver te boven gaat. Het licht dat we als een heldere flits waarnemen, vertegenwoordigt slechts ongeveer 1% van de totale explosie-energie. De rest ontsnapt in de vorm van deze ongrijpbare deeltjes.
Tot op heden hadden astronomen slechts van één specifieke supernova neutrino's waargenomen: SN 1987A in de Grote Magelhaense Wolk in 1987. Dat was een gebeurtenis 'in onze achtertuin', op slechts 168.000 lichtjaar afstand. De achtergrondneutrino's vormen daarentegen de collectieve stem van alle supernova's die gedurende miljarden jaren in alle uithoeken van het heelal zijn ontploft. Ze zijn in alle richtingen uitgewaaierd, sterk verzwakt en 'fluisteren' nu nog maar heel zachtjes terwijl ze de ruimte doorkruisen. In theorie zouden er elke seconde meerdere van deze deeltjes door elke vierkante centimeter op aarde moeten passeren.
De internationale Super-Kamiokande-collaboratie analyseerde gegevens van 5002 observatiedagen – van 2008 tot 2020 met zuiver water, en na 2020, toen er gadolinium werd toegevoegd om de gevoeligheid te vergroten. Wetenschappers filterden nauwgezet de ruis van atmosferische neutrino's, kosmische straling en andere storingen weg. In het energiebereik van 13–81 MeV slaagden ze erin een statistisch significant signaal te isoleren dat overeenkomt met de voorspellingen van DSNB-modellen. Het signaal komt overeen met ongeveer 3,6 neutrino's per vierkante centimeter per seconde, een waarde die binnen de verwachtingen ligt. De significantie bedraagt momenteel 2,6σ: dat is nog geen officiële ontdekking (waarvoor doorgaans 5σ vereist is), maar wel de eerste overtuigende 'echo' in de geschiedenis.
Waarom is dit zo belangrijk? Supernova's zijn de belangrijkste 'smederijen' van zware elementen in het universum. Het ijzer in je bloed, het calcium in je botten en de zuurstof die we inademen: dit alles is ooit uitgestoten door de explosies van eeuwenoude sterren. Door de achtergrondneutrino's te bestuderen, krijgen we de kans om de statistieken van deze explosies over de hele kosmische geschiedenis heen in kaart te brengen: hoeveel het er waren, welke energie ze hadden en hoe ze de chemische evolutie van sterrenstelsels hebben beïnvloed. Het biedt een venster op de processen die de wereld waarin wij leven, hebben gevormd.
Hoewel het signaal nog zwak is, blijft Super-Kamiokande gegevens verzamelen, en in de toekomst zullen nieuwe detectoren zich hierbij aansluiten. Het zachte gefluister van de kosmische spoken verandert langzaam in een helder verslag over het dramatische leven van sterren. Elke nieuwe foton of lichtflits in het immense ondergrondse reservoir brengt ons dichter bij het begrijpen van hoe ons universum is ontstaan en hoe het functioneert.
