16 december 2017

Eindelijk antwoord: ultrahoog energetische deeltjes ontstaan buiten de Melkweg

In een publicatie in Science van 22 september levert de Pierre Auger Collaboratie, waarin ASTRON een partner is, het bewijs dat de bronnen van de hoogst energetische deeltjes uit de ruimte zich ver buiten ons eigen melkwegstelsel bevinden. De energie van deze zogenaamde kosmische straling die continu de aarde bereikt is een miljoen keer hoger dan die van de protonen in de Large Hadron Collider op CERN.

In de jaren ’60 werd voor het eerst kosmische straling met een zeer hoge energie van een aantal Joule per subatomair deeltje waargenomen. Sinds die tijd is gespeculeerd over de oorsprong van deze atoomkernen: komen ze uit ons eigen melkwegstelsel of van veel verder weg in het universum? De data van het Pierre Auger Observatorium in Argentinië, de grootste detector ooit gebouwd voor het meten van kosmische stralen, is gebruikt om dit mysterie op te lossen. Uit metingen van de aankomstrichting van meer dan 30.000 kosmische deeltjes blijkt dat er significant meer deeltjes uit de ene dan uit de andere richting komen ten opzichte van een vast coördinatenstelsel ten opzichte van onze Melkweg. Het maximum ligt zelfs op 120o van de richting van het centrum van onze eigen Melkweg. Hoewel deze ontdekking nadrukkelijk duidt op een extragalactische oorsprong van deze deeltjes, zijn hun individuele bronnen nog niet achterhaald. De richting van het overschot aan deeltjes wijst naar een ruim gebied aan de hemel, waar nu verder gezocht kan worden naar de puntbronnen van de straling.

Mysterie van de astrodeeltjesfysica

Professor Karl-Heinz Kampert (Universiteit van Wuppertal), leider van de Pierre Auger Collaboratie die uit 400 wetenschappers uit 18 landen bestaat, vertelt: “We zijn nu aanzienlijk dichter bij de oplossing van het mysterie van de herkomst van deze uitzonderlijke deeltjes, een belangwekkende vraag uit de astrodeeltjesfysica. Onze waarneming geeft duidelijk aan dat deze deeltjes buiten onze Melkweg zijn versneld.” Professor Alan Watson (Universiteit van Leeds), voormalig leider van de collaboratie, beschouwt dit “een van de opwindendste resultaten die we hebben behaald, één die een probleem oplost waarvoor het Observatorium 25 jaar geleden door Jim Cronin en mijzelf is bedacht.”

Professor Sijbrand de Jong (Radboud Universiteit en Nikhef) vult aan: “Met deze vondst sluiten we een hele klasse van mogelijke bronnen van hoogenergetische deeltjes uit. De speurtocht naar de precieze herkomst van de deeltjes is zo interessant omdat op die locatie extreme fysische processen plaatsvinden, waaruit elementaire deeltjes voortkomen met een energie die wij hier op aarde niet kunnen maken. Uiteindelijk willen we niet alleen weten waar die deeltjes vandaan komen, maar ook hoe ze ontstaan.”

Een watertankdetector van het Pierre Auger observatorium. In de achtergrond een fluorescentiedetector,

Zeldzame deeltjes, gigantische detector

Kosmische straling bestaat uit atoomkernen van de chemische elementen van waterstof (protonen) tot ijzer. Er valt één deeltje per vierkante kilometer per jaar met een energie van meer dan 2 Joule op de aardse atmosfeer. Het is mogelijk zulke zeldzame deeltje te detecteren omdat ze interacties aangaan met moleculen in de atmosfeer. Daarbij worden lawines van elementaire deeltjes geproduceerd. Deze lawines vliegen met de lichtsnelheid door de dampkring terwijl ze uitdijen tot een aantal kilometers in diameter en kunnen meer dan honderd miljard deeltjes bevatten. De deeltjes die op aarde terecht komen worden in het Pierre Auger Observatorium met een deeltjesdetector waargenomen. Deze deeltjesdetector bestaat uit 1600 tanks, elk met 12 ton water, die in het westen van Argentinië verspreid staan over een oppervlak van 3000 km2, een gebied zo groot als de provincie Zuid-Holland. Uit de met GPS nauwkeurig gemeten aankomsttijden van de deeltjes in elke tank kan de richting van de lawine tot op 1o nauwkeurig worden gemeten.

Puntbronnen traceren

Er bestaat kosmische straling met zelfs veel hogere energie dan de meeste deeltjes in deze studie, sommige zelfs met de energie van een hard geslagen tennisbal gebundeld in 1 subatomair deeltje. Van deze deeltjes wordt verwacht dat ze vrijwel rechtdoor gaan in de magneetvelden in de ruimte en daardoor beter terugwijzen naar hun bron. Deze straling is echter nog veel zeldzamer, en vervolgstudies zijn gaande om hiermee de puntbronnen van ultrahoog energetische kosmische straling te traceren. Voor deze meting ondergaat het Pierre Auger Observatorium op dit moment een upgrade, die naar verwachting in 2018 zal worden afgerond. Professor Sijbrand de Jong droomt alvast verder: “We werken nu heel hard aan de Auger Upgrade en willen zelfs graag een hele nieuwe detectielaag toevoegen met de radiodetectietechniek die door ons is ontwikkeld. We krijgen dan echt goed grip op onze metingen en het vinden van puntbronnen moet dan binnen handbereik komen.”

Bron: ASTRON.

Reacties

  1. Eh, en waarom niet van buiten ons waarneembare heelal 🙂
    Buiten de “box” denken kan soms geen kwaad met big bird in gedachten…die neutrino heeft die energie meegekregen bij geboorte en leefde verder zonder enige interactie met velden of materie.
    Grappig is ook dat alle gedetecteerde PeV neutrino´s ook nog eens verschillende energie niveau´s hebben.

    • `waarom niet van buiten ons waarneembare heelal?’ Het antwoord daarop is niet zo moeilijk: objecten buiten het waarneembare heelal zullen en kunnen we nooit zien omdat ze buiten ons bereik liggen, een bereik op grond van de lichtsnelheid.

      • Arie, je doelt op de materie en straling die zich sneller dan het licht heeft verwijderd na de big bang. Bij een multiverse (buiten de “box”) kan er ongetwijfeld wel wat naar binnen sijpelen dat niet past in de logica van ons eigen heelal, b.v. via die donkere kwadrant in wmap om maar een zijstraat te noemen.
        bron: https://www.theguardian.com/science/across-the-universe/2017/may/17/multiverse-have-astronomers-found-evidence-of-parallel-universes

        • Ill Matilled vs. Medicatieklokjez zegt:

          Het klinkt inderdaad alsof je de basisbeginselen nog niet helemaal beheerst maar niet getreurd want er worden met grote regelmaat symposia, cursussen en themaavonden georganiseerd speciaal voor vrouwen zoals jij die oprecht geinteresseerd zijn in de sterrenwetenschappen. De kosten zijn in het algemeen goed te dragen met eventuele vergoedingen via rijksubsidies etc. Voorkennis is in het algemeen niet vereist maar wel handig om het lesmateriaal optimaal te kunnen volgen. Er zijn talloze boeken over astronomie te vinden voor beginners zoals de welbekende en toepasselijke dummies series. Het niveau is in bijna alle gevallen zeer laagdrempelig dus je hoeft je niet onnodig geintimeerd te voelen al heeft nooit ever iemand het over Big Turd (haha). Heb je geen zin of durf je echt niet alleen te gaan kan je ook je hartsvriendinnen verleiden om in groepsverband de lezingen bij te wonen waarvoor extra korting kan worden aangevraagd via een simpele registratie met je stadspas bijvoorbeeld (aangenomen dat je in een van de grotere steden woonachtig bent). Een avondje echte sterren doen is dan weer wat anders dan de alledaagse sleur van het refreshen van websites achter de pc zeker als je werkcontract terecht of onterecht niet is verlengd en biedt zo een kans om het constante geflikker van emoties in je geest te doen bedaren iets waar we in de huidige tijd allemaal wat aan hebben.

Laat wat van je horen

*