Zie je, dit is geen gewone telescoop met een sterrenscoop. In plaats van te jagen op verre kosmische objecten, gebruikt het ANTARES-observatorium zeer lichtgevoelige apparaten om iets uit de ruimte hier op aarde te detecteren: het licht dat wordt uitgezonden door een kosmisch neutrino - een subatomair deeltje, net als een ladingloos elektron - terwijl het passeert door zeewater.
De natuurkundigen van ANTARES wisten toen ze begonnen dat ze misschien een beetje licht uit andere bronnen zouden zien, zoals diepzeevissen. Maar de gloed die ze zagen was intens genoeg om hun werk te belemmeren. Waar zou het vandaan kunnen komen?
Gelukkig gebruikt ANTARES, in tegenstelling tot de meeste observatoria, oceanografen, geologen, mariene biologen en klimatologen naast astrofysici. Met verdere studie ontdekten deze experts dat het licht afkomstig was van een massale bloei van diepzee-bioluminescente bacteriën, in actie gebracht door water dat van het oppervlak naar de diepte werd getransporteerd.
Wat voor het eerst een wegversperring leek te zijn, bleek een doorbraak te zijn: voor hun onderzoek naar de diepzeebloei kreeg de ANTARES-samenwerking een speciale prijs van het wetenschappelijke tijdschrift La Recherche, dat jaarlijks een voorbeeldig wetenschappelijk onderzoek toekent, in 2014. Het was de langste waarneming ooit van een dergelijke bloei in de diepe zee, en zonder ANTARES hadden wetenschappers het waarschijnlijk gemist.
ANTARES ligt in de Middellandse Zee voor de kust van Toulon, hier te zien. David.Monniaux / CC BY-SA 3.0Dit is wat dit observatorium zo buitengewoon maakt; het is een echte interdisciplinaire samenwerking, die gegevens verschaft voor een groep velden die anders vrijwel ongehinderd lijken.
"Dat is het grappige deel van dit werk, want als ik het heb over mijn project met oceanografen, zeggen ze: 'een telescoop, echt waar?', Zegt Severine Martini, een onderzoeker aan het Monterey Bay Research Institute die ANTARES heeft gebruikt voor haar studies naar bioluminescente bacteriën. Ze was een van de groep die de diepzeebacteriebloei bestudeerde. "Ondertussen krijgen we, als we het hebben over bioluminescentie en oceanografische verschijnselen voor astrofysici, een soort blanco uiterlijk. Maar dat is het goede deel van het werken met verschillende velden. We proberen verschillende problemen op te lossen, maar we werken samen. "
De bodem van de oceaan lijkt misschien een vreemde locatie keuze voor een telescoop. Maar wanneer u op zoek bent naar neutrino's, is de diepe zee eigenlijk de ideale plek om te zoeken.
Astrofysici zijn geïntrigeerd door kosmische neutrino's, vermoedelijk geproduceerd door energierijke en gewelddadige gebeurtenissen in de ruimte; de enige twee bevestigde bronnen zijn de zon en een verre supernova, maar natuurkundigen willen graag ontdekken waar deze deeltjes vandaan komen. Het probleem is dat neutrino's slechts een van de vele deeltjes zijn die constant de aarde bombarderen - en in tegenstelling tot veel van deze andere deeltjes, zoals röntgenstralen of kosmische straling, werken neutrino's alleen erg zwak met materie, waardoor ze bijzonder moeilijk te detecteren zijn onder de ruis.
Om het nog erger te maken, neutrino's worden ook geproduceerd in de atmosfeer en kunnen moeilijk te onderscheiden zijn van hun kosmische tegenhangers.
ANTARES is gebruikt voor de studie van bioluminescente bacteriën. Severine MartiniHier komt de oceaan binnen. Neutrino's zijn de enige deeltjes die dwars door de aarde zelf kunnen gaan, dus ANTARES gebruikt de aarde als een schild, op zoek naar "opwaartse" muonen-deeltjes die sterk lijken op elektronen, maar zonder massa, die neutrino's produceren als ze door de aarde heengaan. Om deze muonen te detecteren, zoeken de fotomultipliers van het observatorium naar een piepkleine uitbarsting van licht, Cherenkov-straling genoemd, geproduceerd wanneer een geladen deeltje sneller beweegt dan de lichtsnelheid in water.
Het plaatsen van een neutrino-telescoop op de bodem van de zee is daarom als het positioneren tussen twee zeven, die alleen filteren wat het interesseert om op te nemen.
Dus het plaatsen van de telescoop op de bodem van de zee maakt hem theoretisch nuttiger voor het waarnemen van de ruimte, maar het maakt het ook veel nuttiger om de bodem van de zee te observeren. "In brede zin openen we een nieuw venster op het universum", zegt Antoine Kouchner, een professor en onderzoeker in de kosmologie aan de Université Paris Diderot, en de woordvoerder van de ANTARES-samenwerking. "Maar een waarnemingscentrum dat met kabels wordt bekabeld, maakt realtime gegevens en monitoring mogelijk. En dat is waar het interessant wordt voor de zeewetenschap. "
De meeste informatie uit de diepe zee komt in kleine hapjes; Meestal worden instrumenten of voertuigen slechts enkele uren per keer naar de bodem gestuurd. Informatie over de diepzee wordt daarom meestal verspreid en ontkoppeld, zowel in de ruimte als in de tijd.
Een prototype van een KM3NeT DOM geïnstalleerd in de instrumentatieregel van de ANTARES neutrinotelescoop. Edewolf / CC BY-SA 3.0Daarentegen heeft het observatorium van ANTARES voortdurend gegevens verzonden, dag in dag uit, in de loop van de jaren. Deze informatie zou bijzonder relevant kunnen zijn voor wetenschappers die klimaatverandering bestuderen, die datasets nodig hebben die vele jaren overspannen om uit te zoeken wat er verandert in een opwarmende oceaan.
"Kort gezegd is het hebben van een stekker en een Ethernet-kabel op 2500 m diepte een grote stap voorwaarts voor de aard- en zeewetenschappelijke studies," grapte Paschal Coyle, deeltjes astrofysicus en voormalig woordvoerder van de samenwerking. "Het was een verrassing voor mij dat deze community niet al deed wat we aan het doen waren."
Dankzij de vele sensoren die ANTARES biedt, zoals zuurstof, temperatuur, druk, saliniteit, seismische activiteit en nog veel meer, is de reikwijdte van niet-fysische projecten bij ANTARES nu breed, van het volgen van de sedimentstroom op de zeebodem tot het opnemen van potvis-oproepen terwijl ze in de diepte jagen.
En ze bestuderen nog steeds die kleine lichtvlekken die lawaai waren voor de astrofysici. Tijdens haar Ph.D. aan het Mediterrane Instituut voor Oceanografie, ontdekte Martini een nieuwe vorm van bioluminescente bacteriën die ze bijna voortdurend in het diepe heeft waargenomen met behulp van ANTARES. In haar meest recente artikel, in november, beschreef Martini de bioluminescentie-activiteit van deze bacteriën voor een opeenvolgend jaar met behulp van ANTARES-gegevens. Ze ontdekte dat de bacteriën licht uitstralen, zelfs onder stabiele omstandigheden, en dat bioluminescente bacteriën actiever waren dan bacteriën als geheel-suggestie dat lichtemissie een soort ecologisch voordeel oplevert.
"Ik vind het interessant omdat we iets hebben ontdekt waar niemand ooit naar zou hebben uitgekeken", zei Martini. "De ecologische rol van bioluminescentie is goed beschreven voor veel macro-organismen, maar voor bacteriën weten we nog steeds niet echt waarom ze licht uitstralen." Een theorie suggereert de bacteriegloed wanneer veel van hen zich hechten aan voedseldeeltjes, in hoopt op het aantrekken van een groter, hongerig dier als een vis. Voor een bacterie is gegeten een goede zaak, omdat later uitgescheiden kan bijdragen aan de verspreiding naar nieuwe omgevingen.
Een kunstenaarsimpressie van de nieuwe KM3NeT-neutrino-telescoop, te vinden in Frankrijk, Sicilië en Griekenland. Edewolf / CC BY-SA 3.0De volgende stap voor ANTARES is groot: de samenwerking bouwt aan een nieuw observatorium, genaamd KM3NeT. Het nieuwe observatorium zal 50 keer groter zijn dan ANTARES en zich op drie locaties bevinden, in Frankrijk, Sicilië en Griekenland. Gedurende de tien jaar dat het bedrijf operationeel was, was ANTARES niet succesvol in het detecteren van kosmische neutrino's; met het nieuwe observatorium hopen de collaborateurs eindelijk de puzzel van de deeltjesoorsprong op te lossen en meer te weten te komen over hun fundamentele eigenschappen.
Daarnaast is de mariene en aardwetenschappelijke gemeenschap vanaf het begin betrokken geweest bij de ontwikkeling van KM3NeT. De nieuwe stations zullen nog meer sensoren hosten, waaronder een camera gemaakt voor het detecteren van leven, radioactiviteitsdetectoren en een op afstand bediend voertuig - die Coyle, die dient als de woordvoerder van het nieuwe observatorium, vergeleken met de Disney-robot Wall-E- die de zeebodem kan verkennen en kan filmen wat hij vindt.
"Het potentieel van interdisciplinaire, synergetische wetenschap met bekabelde diepzeewaterobservatoria is enorm", aldus Coyle. "ANTARES heeft de weg geëffend en ik ben er zeker van dat er nog veel verrassingen op dit gebied zullen aanbreken."
Omdat de oceanen enorme hoeveelheden warmte en verzurende koolstofdioxide absorberen, lijken veranderingen bijna zeker. Maar met deze samenwerkende observatoria bewaakt het voortdurend acteren, zoals Coyle het uitdrukte, als "de bewakers van de afgrond" - misschien zullen ze niet zo'n grote verrassing zijn.