Kosmische straling heeft ons zonnestelsel, en dus ook onze planeet, overspoeld vanaf het moment dat het zich vormde uit een gigantische wolk van gas en stof, iets meer dan 4,5 miljard jaar geleden. Het grootste deel van onze geschiedenis zijn we ons niet bewust geweest van het bestaan ervan, dus om de eerste wetenschapper te vinden die ons vertelde over de aanwezigheid van een vorm van straling die uit de ruimte afkomstig moet zijn, moeten we terug naar 1912.
De Oostenrijkse natuurkundige Victor Franz Hess was de eerste die de oorsprong identificeerde van een vorm van straling waarvan de intensiteit toeneemt met de hoogte en waarvan de overvloed varieert met de breedtegraad. Om zijn experimenten uit te voeren, gebruikte hij ballonsondes waarin hij meetapparatuur stak die speciaal was ontworpen om de straling in de atmosfeer te meten.
Zijn waardevolle wetenschappelijke bevindingen werden beloond met verschillende prijzen, waaronder de Nobelprijs voor Natuurkunde die hij in 1936 deelde met de Amerikaanse natuurkundige Carl David Anderson. Veel andere wetenschappers zetten het onderzoek van Hess voort en dankzij hen allemaal weten we nu iets meer over een vorm van straling die waardevolle informatie met zich meedraagt over het universum waartoe wij op onze planeet behoren.
Kilonovae lijken verantwoordelijk te zijn voor de meest energetische straling
Kosmische straling bestaat uit hoogenergetische geïoniseerde atoomkernen die door de ruimte reizen met een snelheid die heel dicht bij de lichtsnelheid ligt (die ongeveer 300 000 km/s bedraagt). Dat ze geïoniseerd zijn, betekent dat ze een elektrische lading hebben gekregen omdat ze ontdaan zijn van hun elektronen, maar deze atoomkernen zijn gemaakt van dezelfde materie waaruit wij en alles om ons heen bestaat, een eigenschap die tot op zekere hoogte verraadt waar ze vandaan komen.
Een van de belangrijkste kenmerken van kosmische straling is haar in wezen perfecte isotropie. Deze parameter weerspiegelt het feit dat de stralen met dezelfde frequentie uit alle richtingen komen, wat ons vertelt dat er veel bronnen tegelijk moeten bestaan die in staat zijn om ze te genereren. Dit roept nog een vraag op: waar komt de kosmische straling vandaan?
Een aanzienlijk deel van de straling die in de atmosfeer van onze planeet doordringt, is afkomstig van de zon, die, zoals we allemaal weten, de dichtstbijzijnde ster is. De zon is echter lang niet de enige bron van externe straling die de aarde bereikt. Veel van de kosmische straling die we ontvangen komt van buiten ons zonnestelsel. Van andere sterren. En ze reizen met enorme energie door de ruimte totdat ze de atomen in de bovenste lagen van de atmosfeer van onze planeet raken.
Wat astrofysici tot voor kort niet zeker wisten, was de aard van de bron van de meest energieke deeltjes in het heelal. Maar onderzoekers van de Universiteit van New York hebben een wetenschappelijke studie gepubliceerd in Physical Review Letters waarin ze stellen dat deze vorm van straling hoogstwaarschijnlijk afkomstig is van kilonovae, die niets anders zijn dan de botsing en fusie van twee neutronensterren tot een zwart gat.
“Na zes decennia van inspanning is het waarschijnlijk dat we de oorsprong van de meest mysterieuze hoogenergetische deeltjes in het heelal hebben geïdentificeerd. Deze ontdekking biedt een nieuw hulpmiddel om de meest agressieve gebeurtenissen in het heelal te begrijpen: de samensmelting van twee neutronensterren tot een zwart gat, het proces dat verantwoordelijk is voor het ontstaan van veel kostbare en exotische elementen, zoals goud, platina, uranium, jodium en xenon,” zegt Glennys R. Farrar, hoogleraar natuurkunde en een van de auteurs van het onderzoek.
Neutronensterren zijn niet altijd solitair. Soms maakt één van hen samen met een “levende” ster deel uit van een binair systeem en als aan de juiste voorwaarden wordt voldaan, kan de laatste uiteindelijk ook een neutronenster worden. In dit scenario bestaat het binaire systeem uiteindelijk uit twee neutronensterren die om elkaar heen draaien. Naarmate de tijd verstrijkt, verliezen ze impulsmoment, waardoor hun banen steeds dichter bij elkaar komen. En wanneer ze dicht genoeg bij elkaar zijn, neemt de zwaartekracht het over en zijn de twee neutronensterren gedoemd om met elkaar te botsen.
De belangrijkste bijdrage van Farrar en zijn collega-onderzoekers is hun verdediging van het bestaan van een zeer nauw verband tussen de energie van de meest intense kosmische straling en hun elektrische lading. Hun conclusies moeten experimenteel worden gevalideerd, maar ze vertegenwoordigen een frisse wind in een veld waar het niet gemakkelijk is om nieuwe kennis te ontwikkelen.
