Introductie

Kosmische straling… wat is het? Waar komt het vandaan? Dat zijn de grote mysteries omtrent deze hoog-energetische deeltjes die op de aarde botsen. Want dat is waar kosmische straling uit bestaat: deeltjes, als elektronen, protonen of zwaardere atoomkernen. Ze vliegen door de ruimte met een enorme snelheid en botsen op de atmosfeer van de aarde. Daarom kunnen we ze meten. En daarom kunnen we er achter komen wat ze zijn, en waar ze vandaan komen.

De oorsprong van kosmische straling

We weten dat kosmische straling met een lage energie (of snelheid) van onze zon komt, of van sterren als de zon. Deeltjes met meer energie komen bijvoorbeeld van supernova explosies. Dat zijn sterren die ontploffen aan het eind van hun leven. Maar, we zien ook kosmische straling met een extreem hoge energie. Deze kan niet van sterren of supernova’s afkomen. De versnelling van de kosmische deeltjes is een gevolg van interactie met magneetvelden in de buurt van de bron. Dat is een soort kosmisch tennisspel: de magneetvelden slaan de deeltjes, en geven ze daarbij meer energie. Net als een tennisbal die meer energie krijgt als hij geraakt wordt door een tennisracket. Sterren en supernova’s hebben magneetvelden die niet sterk genoeg zijn om deeltjes te versnellen tot de allerhoogste energie. We denken dat deze deeltjes uit naburige sterrenstelsels komen, met een superzwaar actief zwart gat in het centrum. Maar hoe weten we dit?

“Kijken” naar het heelal

We kijken naar het heelal met telescopen en met behulp van satellieten. We zien bijvoorbeeld het zichtbare licht dat sterren uitstralen. Maar we bestuderen het heelal ook op golflengtes die we niet kunnen zien met het oog, zoals radio en infrarood. We weten echter dat sterren en andere objecten meer uitzenden dan licht: ze maken en versnellen allerlei deeltjes. Deze boodschappers dragen nieuwe informatie over de gebieden van de ruimte waar ze vandaan komen. Door ze te meten, hebben we een nieuw zintuig ontwikkeld om het heelal te bestuderen. Dit is wat wetenschappers bij het Pierre Auger Observatorium in Argentinië doen.

Meten van kosmische straling

Kosmische deeltjes botsen met moleculen (als zuurstof en stikstof) in de atmosfeer. Bij deze botsingen worden exotische deeltjes, als pionen, gemaakt. Die botsen ook weer met luchtmoleculen, of vallen uit elkaar. Op deze manier wordt een lawine gemaakt van miljoenen secundaire deeltjes, zoals muonen en elektronen. De deeltjes in de lawine halen het aardoppervlak en laten een “voetafdruk” achter, die gemeten kan worden met deeltjesdetectoren. Hoe meer energie de kosmische straling had, hoe groter de voetafdruk van de lawine wordt.

Het Pierre Auger Observatorium

De kosmische deeltjes met de allerhoogste energie zijn ook het meest zeldzaam. Er komt er maar één van per eeuw per vierkante kilometer. Maar deze zeldzame deeltjes zijn precies die die we willen bestuderen. Zij kunnen ons namelijk vertellen waar ze vandaan komen. Kosmische straling met een lagere energie wordt afgebogen door de zwakke magneetvelden in onze melkweg. Maar kosmische straling van de allerhoogste energie voelt maar heel weinig van de krachten van die magneetvelden. De baan waarin ze vliegen, wordt bijna niet veranderd. Als we ze kunnen meten, zien we waar ze vandaan komen. Omdat ze zo zeldzaam zijn, hebben we een groot oppervlak nodig om een goed aantal per jaar te meten. In Argentinië hebben we 1600 deeltjesdetectoren opgesteld op een gebied van 50 bij 60 kilometer: het Pierre Auger Observatorium. Hier hebben we voor het eerst vastgesteld dat kosmische deeltjes met de allerhoogste energie niet van overal uit de ruimte komen. Ze komen vooral uit de buurt van sterrenstelsels met een groot, actief zwart gat in het centrum. Of deze zwarte gaten de daadwerkelijke bronnen zijn van deze straling, zijn we nog aan het onderzoeken.

Hoe kunnen we laten zien dat kosmische straling bestaat?

Onze wetenschappelijke ontdekking werd gepubliceerd in Science, dat goed wordt gelezen door wetenschappers. Maar we willen veel meer mensen vertellen over onze ontdekking, en over het bestaan van kosmische straling. Daarom hebben we een manier bedacht om dit aan veel (jonge) mensen te vertellen: Cosmic Sensation! We gaan een event organiseren, waarbij dansmuziek en lichteffecten worden aangestuurd door de boodschappers uit de ruimte. Op die manier wordt kosmische straling zichtbaar en hoorbaar. Je kan ervaren dat kosmische straling er is, altijd en overal op aarde, en dat het nu door je heen vliegt! We hebben met Cosmic Sensation de Academische Jaarprijs 2009 gewonnen, die bestaat uit 100.000 euro van NWO. De Radboud Universiteit Nijmegen heeft besloten de organisatie, een team van wetenschappers en studenten, te helpen door nog eens dit bedrag in te leggen. Het Cosmic Sensation evenement gaat in de nabije toekomst gehouden worden, dus houdt de site in de gaten!

Ontdekking van kosmische straling

Het is nu 100 jaar geleden dat Theodor Wulf ontdekte dat er straling is in de atmosfeer. Victor Hess heeft deze mysterieuze straling hoger in de atmosfeer gemeten, met ballonexperimenten. Hij ontdekte dat de intensiteit van de straling toenam met hoogte. Daarom concludeerde hij dat de straling uit de ruimte komt, en niet van de aarde zelf. Dit is wat we nu kosmische straling noemen. Jaren later ontdekte Pierre Auger de lawine van deeltjes die door kosmische straling wordt gemaakt en het aardoppervlak bereikt. Hij bedacht ook hoe je de informatie van de deeltjes in de lawine kan koppelen aan het oorspronkelijke kosmische deeltje dat op de atmosfeer botste. Dit maakte een kwantitatieve analyse van kosmische straling mogelijk. Daarom is het observatorium in Argentinië vernoemd naar Pierre Auger.