‘Bron raadselachtige hoogenergetische deeltjes opgehelderd’
Al eerder beschreven we raadselachtige extreem energierijke deeltjes, die astrofysici al decennia lang voor een raadsel stellen. De boosdoener is nu naar het lijkt opgehelderd. Opmerkelijk gaat het om een relatief licht object.
Babypulsars
Babypulsars kunnen zwermen extreem energierijke deeltjes uitzenden, wat een verklaring biedt voor de extreem krachtige kosmische straling die de aarde treft. Geladen deeltjes met een energie van meer dan 1019 electronvolts treffen onze atmosfeer van tijd tot tijd. Sinds 2008 zijn er 5000 gedetecteerd door het Auger observatorium in Argentinië. Hun bron is tot nu toe een raadsel. Sommigen denken dat pulsars – neutronensterren met een sterk magnetisch veld – verantwoordelijk zijn, maar dergelijke deeltjes zullen niet in staat zijn door de dichte nevel heen te dringen, die een geëxplodeerde ster, de voorganger van een pulsar, om zich heen heeft verspreid.
Volgens astrofysicus Ke Fang en zijn collega’s van de universiteit van Chicago blijft uit hun computermodel dat deze deeltjes kunnen ontsnappen gedurende het eerste jaar waarin de pulsar bestaat. Gedurende deze tijd draait de pulsar nog steeds snel genoeg om zijn as om deeltjes met extreem hoge energie weg te schieten. Tegelijkertijd is de nevel rond de supernova genoeg uitgedund om de deeltjes in staat te stellen te ontsnappen. Kortom: de energierijkste deeltjes kunnen afkomstig zijn van de kleinste sterren,’ aldus Fang.
IJzerkernen
Als pulsars inderdaad de bron zijn van de deeltjes, verklaart dit een raadselachtige ontdekking van Auger. In tegenstelling tot kosmische straling met lagere energie, bestaat extreem zware kosmische deeltjes uit de kernen van zware atomen, zoals ijzer. Pulsars bestaan uit zeer dicht opeengepakte neutronen. Dicht bij de oppervlakte kunnen atoomkernen nog hun identiteit behouden. IJzer en nikkel vormen de atoomkernen met de laagste energie en zijn daarom het eindproduct van kernfusie in zeer zware sterren (nog zwaardere atoomkernen, zoals koper en uranium, kosten energie om te maken, waardoor de ster ineenstort). Om die reden denken astronomen dat de buitenste lagen van neutronensterren uit ijzer bestaan. Dit verklaart ook de extreem hoge energie.
IJzerkernen bevatten 26 (positief geladen) protonen, plus de nodige neutronen. Om die reden krijgt door de rotatie van het magneetveld een ijzerkern 26 maal zo veel energie mee als een enkel proton. Pulsars zijn hiermee een logische plaats om de oorsprong van de deeltjes te zoeken. Pulsars behoren ook tot de energierijkste verschijnselen in het heelal.
Wachten op supernova vlakbij
Auger detecteert kosmische straling niet direct, maar meet de “douche” aan radioactieve vervalproducten die ontstaat als een extreem energierijk kosmisch deeltje in de atmosfeer inslaat. Het is dus ook mogelijk dat door een nog onbekend proces de signalen die opgepikt zijn niet afkomstig zijn van ijzerkernen maar van andere deeltjes, die hun energie omzetten in massa, waaruit ijzerkernen ontstaan.
Pas als zich een pulsar ‘vlakbij’ vormt (op hooguit tienduizenden lichtjaren afstand, binnen ons melkwegstelsel dus) kunnen we dit rechtstreeks waarnemen.
De kosmische straling met de hoogste energie lijkt homogeen verspreid over de hemel en is, zo lijkt het, dus niet afkomstig van ons Melkwegstelsel. Ook zijn ze waarschijnlijk afgebogen door kosmische magneetvelden, wat het onmogelijk maakt iets over hun oorsprong te zeggen. Als er echter een supernova explodeert in onze Melkweg waarbij een pulsar ontstaat, zou dit dichtbij genoeg zijn om Auger in staat te stellen kosmische straling die afkomstig is van de pulsar te detecteren. Het bombardement met ijzerkernen is dan beslist niet te missen.
Lees ook
`Krabnevel krachtigste energiebron in universum`
Bron:
Ke Fang et al., Newly-born pulsars as sources of ultrahigh energy cosmic rays, Arxiv, 2012
