Een deeltje met ongelofelijk veel energie heeft de aarde vanuit de ruimte getroffen. Het deeltje, dat de naam Amaterasu kreeg, is het op een na krachtigste ruimtedeeltje dat we ooit hebben gemeten. Het lijkt onmogelijk om zijn hoge energie te rijmen met ons huidige begrip van de kosmos.
Kosmische straling bestaat uit energierijke deeltjes die vanuit de ruimte de aarde bereiken. De recordhouder is een deeltje dat bekend staat als het Oh-my-God-deeltje. Het nieuwe deeltje, Amaterasu, staat nu op plek twee. De naam Amaterasu verwijst naar de Japanse zonnegodin.
Amaterasu lijkt afkomstig te zijn uit een leeg gebied in het heelal, een zogeheten superholte. Er is dus geen duidelijke bron aan te wijzen die dit deeltje gemaakt kan hebben. Waarschijnlijk was Amaterasu een elektrisch geladen kern van bijvoorbeeld koolstof of zuurstof.
‘Als we iets buitenaards ontmoeten, dan is het een machine’
Oude sterren en pril leven – dat zijn de onderwerpen waar het hart van sterrenkundige Leen Decin harder van gaat kloppen.
‘De eerste keer dat ik het resultaat zag, dacht ik dat het een vergissing moest zijn, het was veel energierijker dan ik had verwacht’, zegt sterrenkundige Toshihiro Fujii van de Osaka Metropolitan University in Japan. ‘Eerst dacht ik dat we pech hadden, omdat er geen bron te zien is, maar eigenlijk hebben we het geluk dat we een nieuw mysterie gevonden hebben.’
Reconstructie
Fujii en zijn collega’s zagen het deeltje met de Telescope Array Project in de Amerikaanse staat Utah. Dit is een netwerk van meer dan vijfhonderd sensoren die kosmische deeltjes meten die neerdwarrelen op aarde. Deze deeltjes ontstaan wanneer hoogenergetische ruimtedeeltjes op de aardatmosfeer botsen en daar ‘uiteenspatten’ in kleinere deeltjes.
De sensoren pikken deze kleinere deeltjes op, en astronomen reconstrueren uit deze brokstukken welk deeltje oorspronkelijk de dampkring binnendrong. Daarbij achterhalen zij ook de energie en richting van het oorspronkelijke deeltje.
Recordhouders
Op 27 mei 2021 merkten de sensoren op dat er een deeltje was binnengekomen met een energie van ongeveer 244 exa-elektronvolt (EeV). Dat komt overeen met de energie van een tennisbal die met bijna 100 kilometer per uur beweegt – maar dan dus samengepakt in een piepklein deeltje, zo groot als een atoom.
Zulke energierijke deeltjes zijn extreem zeldzaam. Er zijn slechts vier deeltjes boven de 200 EeV gemeten. De recordhouder, het Oh-my-God-deeltje, bevatte 320 EeV. Hoe zo’n klein deeltje zoveel energie met zich mee kan dragen, is nog steeds niet verklaard.
Astronomen vermoeden dat kosmische straling met zo’n ultrahoge energie ontstaat bij bijvoorbeeld superzware zwarte gaten, of uitbarstingen van gammastraling. Maar toen Fujii en zijn collega’s het deel van de hemel onderzochten waar het deeltje vandaan kwam, vonden ze daar geen duidelijke bron.
Ombuigen
Het is mogelijk dat het deeltje heel ergens anders vandaan kwam. Misschien hebben magneetvelden in de ruimte het pad van het deeltje omgebogen, waardoor het niet echt uit een lege hoek van de kosmos afkomstig is.
Maar omdat het deeltje nog steeds zoveel energie had toen het op aarde arriveerde, kan een verandering van richting slechts minimaal zijn geweest, zegt Fujii. Tenzij de huidige theorieën over extragalactische magneetvelden niet kloppen.
Hoe meer lading een deeltje bevat, hoe meer het afbuigt in een magneetveld. Maar zelfs als astronomen uitgaan van de maximale afbuiging, die van een sterk geladen ijzerkern, zien ze geen mogelijke bron in de juiste richting.
Nieuw soort deeltje
Astronomen komen nu ook met exotische nieuwe kosmische verschijnselen om te verklaren waar Amaterasu vandaan komt. Alle deeltjes die door de ruimte reizen verliezen gaandeweg energie. Dat komt doordat ze zich een weg moeten wurmen door de kosmische achtergrondstraling: straling die is overgebleven van de oerknal. Dat betekent dat ultra-energetische deeltjes maar een beperkte afstand kunnen reizen voordat ze het grootste deel van hun energie kwijt zijn.
Als dit deeltje tot een vreemde soort behoort die geen last heeft van de achtergrondstraling, dan kan het afkomstig zijn van veel verder weg gelegen sterrenstelsels, zegt Fujii. Het kan zijn reis dan gestart zijn in een sterrenstelsel dat we niet kunnen detecteren.
Raadselachtig
Het is een raadselachtig geval, zegt astrofysicus Justin Bray van de Universiteit van Manchester in het Verenigd Koninkrijk. We hebben maar weinig voorbeelden van extreem energieke kosmische straling. Daarbij zijn de paar gevallen die we wel kennen ook nog op verschillende manieren gedetecteerd. Dat maakt het moeilijk om ze met elkaar te vergelijken en te analyseren.
Het is dan misschien lastig om een mogelijke bron voor Amaterasu te vinden, maar om een nieuw soort deeltje ter tafel te brengen, vergt buitengewoon bewijs, vindt Bray. ‘Het is een vrij onwaarschijnlijke mogelijkheid, maar natuurlijk erg spannend als het klopt.’
