‘Dawn of a new era in astronomy’
We staan aan het begin van een nieuw tijdperk in de sterrenkunde. Een internationaal team van wetenschappers is erin geslaagd om bij het Pierre Auger Observatorium voor het eerst bronnen van kosmische straling te identificeren. De deeltjes met de allerhoogste energie uit het heelal die de aarde bereiken komen uit de richting van superzware zwarte gaten. Al veertig jaar was het een raadsel wat de bron van deze deeltjes is. "We have qualitatively reached a new level – the begin of “elementary particle astronomy”.
Since their discovery almost 100 years ago, Cosmic rays have come from all over the place. This is as if you would be trying to do optical astronomy during the day. The sky is almost uniformly bright and you see no stars (individual sources of light). However, at night the bright glow vanishes and stars appear (they were there all the time, but were swamped by daylight). The same is happening with AUGER. By going to the highest energies, we got rid of this uniform background background, and we start to see individual sources of CRs appear on the sky. This means that for the first time in history we have a cosmic ray telescope and can now do astronomy – not with light, but with charged particles! This is an important paradigm shift, which I would hail as the beginning (or literally dawn) of a new era in astronomy and astroparticle physics,” zegt professor Heino Falcke van de RUN. De Nijmegenaren hebben een belangrijke rol hierin, zij trekken het vervolg van deze revolutie bij de uitbreiding ervan naar het ‘radiodeel’ van de metingen. Hiermee verandert de kosmische deeltjesdetector in een kosmische deeltjestelescoop. Dit geeft sterrenkundigen een nieuw zintuig. De resultaten van dit onderzoek staan sinds vanmorgen in Science.
Al sinds de oudheid bestudeert de mens de sterrenhemel door te kijken naar het licht dat de sterren uitzenden. Eerst met het blote oog, sinds de 17e eeuw met telescopen. Met steeds grotere en betere telescopen en meetinstrumenten werden steeds zwakkere bronnen zichtbaar en werd een steeds groter stuk van het electromagnetisch spectrum verkend, na het optische gebied ook het radio, infrarood, uv, Rontgen en gammagebied. Tien jaar geleden werden er bij het Kamiokande-experiment in Japan voor het eerst neutrino’s van een supernova gedetecteerd. Kosmische straling bestaat voor het overgrote deel uit protonen. Het Pierre Auger Observatorium is daarmee de eerste telescope die werkt met zware deeltjes.
Kosmische straling bestaat uit afzonderlijke deeltjes van een enorm hoge energie, miljoenen malen groter dan wij hier op aarde met de sterkste deeltjesversnellers kunnen maken. Door botsingen met de atmosfeer vallen veroorzaken deze deeltjes een zogeheten air shower van secundaire deeltjes. In de atmosfeer blijft hiervan kort een spoor van fluorescent licht zichtbaar dat gemeten wordt met vier fluorescentietelescopen. Op de aarde worden de secundaire deeltjes zelf gemeten met 1600 watertanks die verspreid staan over een gebied van 3000 vierkante kilometer -een gebied iets groter dan Luxemburg- in de Argentijnse pampa’s.
Tot voor kort leek kosmische straling dus uit alle richtingen te komen. Kosmische straling van relatief lagere energie verliest een groot deel van de informatie over zijn oorspronkelijke richting vanwege afbuiging in ons eigen melkwegstelsel. De extragalactische kosmische straling met ultra hoge energien zoals die nu is gemeten heeft veel minder last van deze verstoring. Hierdoor worden bronnen van kosmische straling zichtbaar. Uit de huidige data blijkt dat uit gebieden in het heelal met veel massa, zoals clusters van melkwegstels met superzware zwarte gaten, meer straling komt dan uit andere gebieden. Daarmee is voor het eerst laten zien dat zulke objecten deeltjes tot deze duizelingwekkende energie kunnen versnellen en daarmee de eerste bronnen van deze deeltjes zijn. Ook wordt hiermee de theorie over het versnellen van kosmische deeltjes bevestigd.
Na deze eerste en allerbelangrijkste stap is het zaak meer data te verzamelen, om meer over de kosmische straling zelf en zijn mogelijke bronnen te weten te komen. Interessant hierin is de Nederlandse bijdrage. Met behulp van technieken die Nedeland in het kader van de radiotelescoop LOFAR heeft ontwikkeld wordt gewerkt aan de uitbreiding van het Pierre Auger Observatorium. LOFAR is met name ontwikkeld door ASTRON. Naast de fluorescentietelescopen en de watertanks is het de bedoeling om ook radio-antennes te gaan gebruiken bij het Pierre Auger Observatorium om sporen van de kosmische straling op te vangen. Nederland levert hiermee een belangrijke bijdrage om in de toekomst nog meer informatie uit de kosmische straling te halen.
[met dank aan RUN-sterrekundige en oud-ISO-bestuurder Bart Buijs]
