Onweersbuien waarbij gammaflitsen ontstaan, blijken ook antimaterie te produceren.
Over de hele wereld scheren elke seconde ongeveer 50 bliksemflitsen door onze atmosfeer. Bij al die elektrische ontladingen onstaat minimaal zo’n 500 maal per dag een gammaflits – een ontlading hoogenergetisch licht die met het blote oog niet waar te nemen is.
Gammaflits
Zo’n gammaflits is extreem helder. Maar daarmee is de kous nog niet af. Uit recente waarnemingen met de Fermi-satelliet van Nasa blijkt namelijk dat onweersbuien die gammaflitsen veroorzaken ook antimaterie produceren.
Wat gebeurt er als de permafrost ontdooit?
Door de opwarming van de aarde dooit de permafrost in rap tempo. Aardwetenschapper Niek Jesse Speetjens deed onderzoek naar de gevolgen.
Elektrische velden
Die antimaterie ontstaat volgens een getrapt proces. Allereerst ontstaan aan de punten van de zogenaamde leaders van bliksemschichten – de kanalen geïoniseerde lucht waarlangs een bliksemontlading plaatsheeft – enorm sterke elektrische velden. Onder invloed van die sterke velden, kunnen in de wolk aanwezige elektronen gaan versnellen tot bijna de lichtsnelheid.
Wanneer die elektronen botsen op andere elektronen, zullen die vervolgens ook weer versnellen, waardoor een soort cascadeeffect van versnellende elektronen ontstaat. Zodra die elektronen daarna botsen op moleculen in de lucht, ontstaat onder andere gammastraling. Dat is de oorzaak van de heldere gammaflitsen.
Positron
Maar daarmee houdt het nog niet op. Af en toe zal een hoogenergetisch gammafoton die dankzij zo’n botsing ontstaat rakelings langs een atoom schieten, waarna het uiteenvalt in een elektron en zijn antideeltje: het positron. Wanneer zo’n positron vervolgens weer op een elektron botst, ontstaat opnieuw een gammafoton; ditmaal met een heel specifiek gedefinieerde energie (511.000 elektronvolt).
Het is die specifieke energie die de ontdekking inluidde. Wetenschappers vonden namelijk gammastraling met precies die energie die ontstond in (!) de Fermisatelliet. Het kon niet anders, of positronen afkomstig van de Aarde, botsten in de satelliet op elektronen.
Onweersbuien
De lichtflitsjes bleken steeds samen te vallen met onweersbuien, al waren die in enkele gevallen wel duizenden kilomters verderop. In die gevallen hadden de positronen zich verplaatst langs de magnetische veldlijnen van het aardmagneetveld, waardoor de deeltjes in staat bleken binnen de korste keren enorme afstanden af te leggen.
‘Dat er positronen gemeten werden, verbaast me niet’, vertelt bliksemonderzoeker Ute Ebert van het Centrum Wiskunde & Informatica in Amsterdam. ‘Wat me wél verbaast is dat uit het onderzoek blijkt dat het er heel veel zijn.’ Dat is verbazingwekkend omdat voor het krijgen van een positron eerst het elektron langs een atoomkern moet komen en vervolgens ook nog het daaruit ontstane gammafoton.
International Space Station
Waarom er zoveel positronen vrijkomen – en andere details rond gammaflitsen in onweerswolken – hoopt Ebert in de toekomst te kunnen ontdekken met behulp van een nieuw Europees instrument dat in 2013 aan boord van het international space station (ISS) zal komen.
