De tweede kosmische straling met zeer hoge energie werd opgevangen: maar de bron ervan blijft een mysterie
Een krachtige telescoop, ontworpen om kosmische straling te detecteren, heeft wetenschappers voor de tweede keer verbaasd door opnieuw een van de hoogste energiefenomenen ooit vast te leggen. Laten we er meer over te weten komen.
Telescope Array vangt opnieuw superkosmische straling op
telescopearray
Telescope Array is het project dat voortkomt uit samenwerkingen tussen verschillende instellingen en universiteiten in de VS, Rusland, Korea, Japan en België. Zoals vermeld op de website, "is het experiment ontworpen om atmosferische zwermen te observeren die worden veroorzaakt door kosmische straling met extreem hoge energie. Het doet dit met behulp van een combinatie van ground array-technieken en luchtfluorescentie. De reeks scintillator-oppervlaktedetectie bemonstert de voetafdruk van de luchtzwerm wanneer deze het aardoppervlak bereikt, terwijl de fluorescentie telescopen het fonkelende licht meten dat wordt gegenereerd wanneer de zwerm door atmosferisch gas gaat." De telescoop verzamelt sinds 2007 elementen van de woestijn van Millard County, Utah, Verenigde Staten.
TALE, de Telescope Array Low Energy Extension, maakt het mogelijk om kosmische straling met hogere energie waar te nemen dankzij tien nieuwe telescopen met een "hoge elevatiehoek", met kijkhoeken tot 72°, op een van de telescoopstations en door een gegradueerde reeks toe te voegen scintillator oppervlaktedetectoren." Meer dan dertig jaar na de aanblik van Oh-My-God, het deeltje met zeer hoge energie dat op 15 oktober 1991 werd ontdekt en dat astronomen sprakeloos maakte, is door wetenschappers een nieuwe, zeer krachtige kosmische straling waargenomen waarvan wetenschappers de oorsprong niet kunnen begrijpen. De oorsprong van het deeltje dat uit de ruimte is gekomen, is een groot vraagteken, maar volgens sommigen zou het het gevolg kunnen zijn van nog onbekende verschijnselen die verband houden met de natuurkunde.
Amaterasu, de tweede zeer krachtige kosmische straling die is geregistreerd
G. Pérez, IAC/Wikimedia commons - CC BY-SA 3.0
De energie van de mysterieuze kosmische straal was 240 exa-elektronvolt, vergelijkbaar met de enige kosmische straal met een dergelijke kracht die ooit is geregistreerd, degene die werd omgedoopt tot Oh-My-God, van ongeveer 320 EeV, superieur aan elke mogelijke energiebron die in onze Melkweg geproduceerd kan worden. Sindsdien heeft de Telescope Array meer dan dertig kosmische stralingen met zeer hoge energie waargenomen, maar nooit iets dat ook maar in de buurt kwam van de kracht ervan. Tot nu toe tenminste. Clancy James, astronoom aan de Curtin University, Australië, zei: "Het is verrassend, omdat we moeten nadenken over wat zo'n hoge energie zou kunnen produceren."
Er is nog geen antwoord op deze vraag. Kosmische straling is de naam die wordt gegeven aan een hoogenergetisch subatomair deeltje, meestal een proton, dat met dezelfde snelheid als het licht, of bijna, door de ruimte kan reizen. Hun energieniveaus overschrijden één EeV, wat betekent dat ze ongeveer een miljoen keer intenser zijn dan het niveau dat haalbaar is met door mensen gemaakte deeltjesversnellers. Om deze reden zijn stralen hoger dan 100 EeV zelden waarneembaar; bedenk dat minder dan één elke vierkante kilometer van onze planeet in een eeuw bereikt.
Op 27 mei 2021 ontdekte Toshihiro Fujii, een astronoom aan de Osaka Metropolitan University, Japan, afwijkende signalen tijdens een routinematige gegevenscontrole bij de kosmische stralingsdetector van de Telescope Array. Deze signalen leken erop te wijzen dat er met de detectoren van de faciliteiten was geknoeid door ongelooflijk krachtige energie, waardoor Fujii dacht dat het een vergissing was. "Ik dacht dat er een fout of bug in de software zat. Ik was echt verrast", zei hij toen hij zich realiseerde dat de metingen compatibel waren met die van kosmische straling. Het nieuwe deeltje, de zus van Oh-My-God, werd Amaterasu genoemd naar een Japanse zonnegodin.
Waar komt deze kosmische straling met zeer hoge energie vandaan?
OSAKA METROPOLITAN UNIVERSITY/L-INSIGHT, KYOTO UNIVERSITY/RYUUNOSUKE TAKESHIGE
Toen Fujii en zijn collega's echter probeerden de bron van het deeltje te identificeren, konden ze de oorsprong ervan niet begrijpen. Deze hoogenergetische kosmische straling zoeft gewoonlijk vrij soepel door de ruimte, zonder zo heftig tegen magnetische velden te stuiteren als de laag-energetische straling. Als dit niet het geval was geweest, zou het veel gemakkelijker zijn geweest om de oorsprongsbron te traceren, of het nu een zwart gat, een sterrenstelsel of een stellaire explosie was.
Het team berekende dat de bron van Amaterasu waarschijnlijk een leeg gebied in de ruimte is, waar weinig sterrenstelsels te vinden zijn. Dus probeerden ze het te verbinden met de sterrenstelsels en hemellichamen die zich in de buurt van zijn aankomstpad bevinden, maar zonder iets te detecteren. “Er was niets”, legde Fujii uit. Een mogelijkheid is dat de rekenmodellen enkele aanpassingen nodig hebben, of dat dergelijke krachtige kosmische straling wordt gegenereerd door nog niet bekende fysische verschijnselen: als dit het geval zou zijn, zouden ze veel grotere afstanden kunnen overbruggen dan eerder werd gedacht.
De volgende stap van Fujii en collega's zal zijn om de Telescope Array vier keer gevoeliger te maken dan het oorspronkelijke ontwerp, zodat deze een groter aantal kosmische straling met zeer hoge energie kan waarnemen en de bronnen ervan kan identificeren. Mede-auteur van het onderzoek John Matthews zei: “De deeltjes hebben zo’n hoge energie dat ze niet zouden moeten worden beïnvloed door galactische en extragalactische magnetische velden. We zouden in staat moeten kunnen zijn om aan te wijzen waar ze vandaan kwamen, maar in het geval van het Oh-My-God-deeltje en dit nieuwe deeltje, dat hun traject terug naar de bron volgt, is er niets energiek genoeg om ze te hebben voortgebracht. Dat is het mysterie: wat is er aan de hand?"
De aanpassing van Telescope Array zou misschien eindelijk een antwoord kunnen bieden.
