Dankzij een model van sterrenkundigen dat op 3 maart in Nature wordt gepubliceerd, kan de grote radiotelescoop LOFAR nu ook als deeltjesdetector gebruikt worden.
LOFAR ontvangt normaal gesproken zwakke radiogolven uit het vroege heelal. Maar zo af en toe krijgt de telescoop een ultrakorte heldere radioflits binnen. Op je autoradio kun je op zo’n moment een klein beetje ruis horen. In feite luister je naar het laatste signaal van een kosmisch deeltje van buitenaardse afkomst, dat met bijna-lichtsnelheid de dampkring binnendringt. Astronomen hebben nu de radiocode van deze botsing ontrafeld waarmee het type en mogelijke afkomst van deze kosmische deeltjes bepaald kan worden.
Supernova’s, stervende sterren, zwarte gaten – ze worden allemaal genoemd als bron van kosmische deeltjes. Maar de precieze herkomst is tot dusver een raadsel. Deze deeltjes racen door de ruimte met een energie die een miljoen keer groter is dan die van de grootste deeltjesversneller op aarde. Met bijna de lichtsnelheid botsen ze als een kogel op de aardse atmosfeer en knallen uiteen in een cascade van andere nog kleinere deeltjes. Door wisselwerking met het magnetische veld van de aarde ontstaat een korte radioflits van maar een paar miljardste seconden. De duizenden radioantennes van LOFAR helpen dit korte signaal op te speuren en nauwkeurig te meten. (Zie ook www.astronomie.nl.)
Whodunit
Voor het eerst is het nu gelukt uit het radiosignaal precies in kaart te brengen en terug te rekenen naar de veroorzaker van de inslag. ‘We kunnen nu de “inkomende kogel” identificeren,’ zegt Heino Falcke, astronoom aan de Radboud Universiteit en verbonden aan het Nikhef. ‘In de meeste gevallen blijkt die kogel een enkel proton of een lichte kern van een heliumatoom.’
Deze ontdekking maakt het waarschijnlijk dat de bron van de deeltjes in onze eigen Melkweg ligt, en niet in een sterrenstelsel erbuiten. Dat is in tegenspraak met de meest gangbare theorieën.
‘Vanwege de enorme energie gaan de meeste astrofysici er vanuit dat de deeltjes diep uit het universum komen, bijvoorbeeld uit zwarte gaten in andere sterrenstelsels,’ zegt Stijn Buitink, eerste auteur van het artikel en inmiddels hoogleraar aan de Vrije Universiteit van Brussel, ‘Maar wij denken dat het dichterbij moet liggen en dat er een soort deeltjesversneller in ons eigen sterrenstelsel zit, wellicht een zeer grote ster…’
Kosmische deeltjesversnellers
Falcke legt uit dat de bronnen van kosmische deeltjes in feite kosmische deeltjesversnellers zijn. Ze zijn miljoenen keren sterker dan de Large Hadron Collider (LHC) in Genève of enige toekomstige aardse deeltjesversneller. ‘Ze komen gratis en voor niks aan uit de ruimte, wij hoeven ze alleen maar op te vangen.’
Nu de astronomen een goed model hebben waarmee ze de aard van het inslaande deeltje kunnen bepalen, worden de kosmische deeltjes ook interessant voor de natuurkunde. ‘Grappig genoeg kunnen we nu hoge-energie deeltjesfysica met eenvoudige FM radio antennes doen,’ zegt Falcke.
Professor Olaf Scholten, astrodeeltjesfysicus van de Rijksuniversiteit Groningen, legt uit dat het resultaat gebaseerd is op zeer gedetailleerde kennis van alle processen die ertoe leiden dat de inkomende deeltjes radiostraling uitzenden.
Pierre Auger
De astronomen werken er nu in internationaal verband aan om deze techniek ook elders toe te passen. De volgende grote stap is het Pierre Auger Observatory in Argentinië. Jörg Hörandel, onderzoeksleider astrodeeltjesfysica aan de Radboud universiteit/Nikhef, is bezig om honderden radioantennes in de Argentijnse pampa neer te zetten en de LOFAR-methode daar toe te passen. ‘Het Pierre Auger Observatory is het grootste experiment ter wereld voor kosmische deeltjes’, zegt Hörandel. ‘Met deze nieuwe methode kunnen wij uiteindelijk kosmische deeltjes van nog hogere energie en met ongekende nauwkeurigheid bestuderen.’
Dit onderzoek is mogelijk gemaakt met steun van NWO, de Nederlandse Onderzoekschool voor Astronomie (NOVA), het samenwerkingsverband Noord-Nederland (SNN) en de Foundation for Fundamental Research on Matter (FOM) en subsidie van de European Research Council en het Europees onderzoekprogramma Horizon 2020.
Bron: Radboud Universiteit
Lees hier het persbericht van NOVA