Astronomen zijn een stapje dichter bij de oplossing van een decennia-oud mysterie. Ze hebben de locatie achterhaald van de bron van ultra-energetische kosmische straling.
Tien jaar lang verzamelde ’s werelds grootste kosmische stralingobservatorium, het Pierre Auger Observatorium, gegevens over ultra-energetische kosmische deeltjes. De dataset is nu omvangrijk genoeg om met zekerheid te kunnen zeggen dat de bron van deze straling buiten de Melkweg ligt.
Na het doorrekenen van de afbuiging van de kosmische straling door het magnetische veld van de Melkweg, concludeerde het onderzoeksteam dat de deeltjes afstanden afleggen die ons galactisch stelsel te buiten gaan. Tegen de tijd dat de deeltjes de aarde bereiken hebben ze een reis van ongeveer 326 miljoen lichtjaren achter de rug. Hun oorsprong ligt in een regio van extragalactische ruimte die verschillende potentiële bronnen bevat, zoals actieve galactische kernen en sterrenstelsels.
‘Einstein liep als theoreticus vast op de nieuwe bevindingen’
Toen de Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes iets geks ontdekte over supergeleiding, was dit onder veel fysici het gesprek van de dag. Maa ...
Tot dusver werd de optie opengehouden dat de hoogenergetische deeltjes in het centrum van de Melkweg ontstaan. Van een aantal hemelobjecten in dat deel van de Melkweg is bekend dat ze in staat zijn deeltjes te versnellen tot minstens een miljoen maal miljard elektronvolts. Maar naar nu blijkt hebben die objecten dus niets met kosmische straling te maken.
‘We weten nu vrij precies waar de bron van kosmische straling zich bevindt’, zegt astrophysicus Karl-Heinz Kampert, woordvoerder van het Pierre Auger Observatorium. ‘Hierop kunnen vervolgstudies verder bouwen.’
Afbuiging
Het volgende doel is om te bepalen welke potentiële bronnen binnen de extragalactische regio de ware bronnen zijn. Om dat doel te bereiken zullen de telescopen van het Pierre Augur Observatorium nu gaan proberen de exacte atoomgewichten van de stralingsdeeltjes te meten. Met die kennis kan de afbuiging van de deeltjes in het magnetische veld van de Melkweg nog nauwkeurig worden vastgesteld. Heliumkernen worden bijvoorbeeld tweemaal sterker afgebogen dan waterstofkernen, zelfs als die dezelfde hoeveelheid energie bevatten. Als de baan van de kosmische straling nog nauwkeuriger is achterhaald, kan de kosmische straling met meer precisie worden herleid tot de bron.
Andere telescopen dragen bij aan het onderzoek naar ultra-energetische kosmische straling door de hemel af te speuren naar hoogenergetische neutrino’s en gammastralen. ‘De energiedichtheid van ultra-energetische kosmische straling blijkt overeen te komen met dat van neutrino’s en gammastralen’, zegt kosmoloog Francis Halzen van de universiteit van Wisconsin-Madison, die leiding geeft aan het IceCube Neutrino Observatory. ‘Dat kan toeval zijn, maar het er ook op wijzen dat ze gemeenschappelijke bronnen hebben.’
In tegenstelling tot kosmische straling worden neutrino’s niet afgebogen door het magnetische veld van de Melkweg. Als blijkt dat de neutrino’s dezelfde bronnen hebben als de ultra-energetische kosmische stralen, kunnen de neutrino’s helpen om hun gemeenschappelijke oorsprong beter te lokaliseren.
8 miljoen maal miljard elektronvolts
Kosmische straling is een verzamelnaam voor geladen deeltjes waarmee de aarde wordt gebombardeerd vanuit de kosmos. Het gaat voornamelijk om atoomkernen van waterstof, helium en een aantal zwaardere elementen. Een deel van de straling bestaat uit deeltjes die meer dan 8 miljoen maal miljard elektronvolts aan energie bevatten. Die ultra-energetische deeltjes werden ongeveer 50 jaar geleden voor het eerst ontdekt. Hun afkomst was al die tijd een mysterie.
De afkomst van ultra-energetische straling is moeilijker te bepalen dan de afkomst van laagenergetische kosmische stralen. De reden is dat hoogenergetische kosmische stralen uiterst zeldzaam zijn. Gemiddeld valt per jaar slechts één ultra-energetische kosmische straal op een vierkante kilometer aardoppervlak.
Tot voor kort konden telescopen als gevolg daarvan niet genoeg deeltjes verzamelen om hun oorsprong te achterhalen. Dat veranderde met de ingebruikname van het Pierre Augur Observatorium. De instrumenten van dit observatorium strekken zich uit over 3000 vierkante kilometer Argentijns grasland. Het observatorium bestudeert de hemel nu sinds een jaar of tien en ontdekte in die tijd ongeveer 30.000 ultra-energetische kosmische stralen.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees verder: