25 sep. 2017
3 minuten
De Pierre Auger Collaboratie heeft het bewijs geleverd dat de bronnen van de hoogst energetische deeltjes uit de ruimte zich ver buiten ons eigen melkwegstelsel bevinden. De energie van deze kosmische straling 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 waargenomen met een zeer hoge energie van een aantal Joule per subatomair deeltje. 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?Met de data van het Pierre Auger Observatorium in Argentinië, de grootste detector voor het meten van kosmische stralen, is dit mysterie nu opgelost.
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. 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 Sijbrand de Jong (Radboud Universiteit en Nikhef) vult aan: "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. Met deze vondst sluiten we een hele klasse van mogelijke ontstaansbronnen uit."
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. De zeldzame deeltjes zijn detecteerbaar 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.
Nederlandse inbreng
Nederlandse fysici en astrofysici zijn sinds 2005 betrokken bij het onderzoek van het Pierre Auger Observatorium. Speerpunt in het Nederlandse onderzoek is het ontwikkelen van een detectietechniek, waarbij radio-ontvangers gebruikt worden om kosmische stralen waar te nemen. De Nederlandse onderzoekers bij het Pierre Auger Observatorium werken bij de Radboud Universiteit, de Rijksuniversiteit Groningen, het Nationaal instituut voor subatomaire fysica (Nikhef), en het Nederlands Instituut voor radioastronomie (Astron).
Anderen lazen ook
