Een galactische komeet genaamd Terzan 5 werpt licht op een 100 jaar oud mysterie over kosmische straling.

Toen mijn collega's en ik een eeuwenoud kosmisch mysterie wilden oplossen, vonden we een onverwacht hemels laboratorium in Terzan 5, een dichte sterrenhoop die momenteel met razendsnelle snelheid door onze Melkweg beweegt.

Deze stellaire variatie heeft ons in staat gesteld het gedrag van kosmische straling te bestuderen: hoogenergetische deeltjes waarvan de grillige banen door de ruimte astronomen sinds hun ontdekking in 1912 verbijsterd hebben.

Door de kosmische straling van Terzan 5 te observeren, hebben we een nieuwe wetenschappelijke prestatie bereikt: meten hoe snel deze deeltjes van richting veranderen als gevolg van fluctuaties in interstellaire magnetische velden. Ons onderzoek is Gepubliceerd in Natuurlijke astronomie.

Snel bewegende straling uit de ruimte

Kosmische straling is iets wat niemand had verwacht. Toen radioactiviteit voor het eerst werd ontdekt in de jaren 1890, geloofden wetenschappers dat alle stralingsbronnen zich op aarde bevonden.

Maar in 1912 mat de Oostenrijks-Amerikaanse natuurkundige Victor Hess het omgevingsstralingsniveau in een ballon op grote hoogte en ontdekte dat dit veel hoger was dan op aarde, zelfs tijdens een zonsverduistering toen de zon verduisterd was. Dit betekent dat de straling uit de ruimte moest komen.

Tegenwoordig kennen we de mysterieuze straling die Hess heeft ontdekt als kosmische straling: atoomkernen en elementaire deeltjes zoals protonen en elektronen die op de een of andere manier zijn versneld tot een snelheid die de snelheid van het licht benadert. Deze deeltjes reizen door de interstellaire ruimte en dankzij hun hoge energie kan een klein deel ervan de hogere atmosfeer binnendringen, zoals Hess ontdekte.

Maar we kunnen de bron van deze stralen niet gemakkelijk bepalen. Kosmische straling zijn geladen deeltjes, wat betekent dat hun bewegingsrichting verandert wanneer ze een magnetisch veld tegenkomen.

Stilstaand beeld van kosmische kosmische straling

Het magnetische afbuigeffect levert de basistechnologie voor kathodestraalbuisbeeldschermen (CRT) en vroege televisies, die ze gebruiken om elektronen naar het scherm te richten om een ​​beeld te creëren. De interstellaire ruimte is vol magnetische velden, en deze velden fluctueren voortdurend, waardoor kosmische straling in willekeurige richtingen wordt afgebogen – zoals een kapotte kathodestraalbuis in een oud televisietoestel die alleen statische beelden weergeeft.

Dus in plaats van dat kosmische straling rechtstreeks vanuit hun bron naar ons toekomt, zoals licht dat doet, verspreiden ze zich vrijwel uniform over de Melkweg. Hier op aarde zien we het bijna gelijkmatig vanuit alle richtingen in de lucht komen.

Hoewel we dit algemene beeld nu begrijpen, ontbreken de meeste details. De consistentie van kosmische straling aan de hemel suggereert dat de richtingen van kosmische straling willekeurig veranderen, maar we hebben geen goede manier om te meten hoe snel dit proces plaatsvindt.

We kunnen de ultieme bron van magnetische fluctuaties niet begrijpen, of beter gezegd, we hebben ze nog niet begrepen.

Terzan 5 en verplaatste gammastraling

Dat is waar Terzan 5 in beeld komt. Deze sterrenhoop is een overvloedige producent van kosmische straling, omdat hij een groot aantal snel roterende, extreem dichte, gemagnetiseerde sterren bevat die millisecondepulsars worden genoemd – die kosmische straling tot extreem hoge snelheden versnellen.

Deze kosmische straling bereikt de aarde niet vanwege deze fluctuerende magnetische velden. We kunnen echter een duidelijk teken van zijn aanwezigheid zien: sommige kosmische straling botst met sterlichtfotonen en verandert deze in hoogenergetische, ongeladen deeltjes die gammastraling worden genoemd.

Gammastraling plant zich in dezelfde richting voort als de kosmische straling die deze straling voortbracht, maar in tegenstelling tot kosmische straling wordt gammastraling niet afgebogen door magnetische velden. Het kan in een rechte lijn reizen en de grond bereiken.

Vanwege dit effect zien we vaak gammastraling afkomstig van krachtige bronnen van kosmische straling. Maar in Terzan 5 komen de gammastralen om de een of andere reden niet precies overeen met de posities van de sterren. In plaats daarvan lijkt het afkomstig te zijn uit een gebied op ongeveer dertig lichtjaar afstand, waar geen duidelijke bron te vinden is.

Een “komeet” op galactische schaal

Deze uittocht is sinds de ontdekking ervan een ongegronde nieuwsgierigheid geweest. Het werd ontdekt in 2011Tot we met een verklaring kwamen.

De sterrenhoop Terzan 5 bevindt zich tegenwoordig nabij het centrum van onze Melkweg, maar dat is niet altijd zo. De sterrenhoop beweegt zich feitelijk in een zeer wijde baan, waardoor hij het grootste deel van de tijd ver buiten het vlak van het sterrenstelsel blijft.

Dit sterrenstelsel zinkt met een snelheid van honderden kilometers per seconde, waardoor de cluster in een mantel van magnetische velden eromheen wordt geveegd, zoals de staart van een komeet die door de zonnewind duikt.

Kosmische straling die door de groep wordt uitgezonden, reist aanvankelijk langs de staart. We zien geen enkele gammastraling die door deze kosmische straling wordt geproduceerd, omdat de staart niet rechtstreeks op ons is gericht, maar deze stralen langs de staart reizen en van ons af.

Hier komen de magnetische fluctuaties. Als kosmische straling goed op één lijn zou blijven met de staart, zouden we ze nooit zien, maar dankzij magnetische fluctuaties beginnen hun richtingen te veranderen.

Uiteindelijk beginnen sommigen van hen naar ons te wijzen en produceren ze gammastraling die we kunnen zien. Maar dit duurt ongeveer 30 jaar en daarom lijken de gammastralen niet uit dezelfde groep te komen.

Tegen de tijd dat genoeg van hen ons erop wijzen dat hun gammastraling helder genoeg is om zichtbaar te zijn, zullen ze 30 lichtjaar langs de magnetische staart van de cluster hebben afgelegd.

Kosmische straling en interstellaire magnetische velden

Dankzij Terzan 5 konden we voor het eerst meten hoe lang het duurt voordat magnetische fluctuaties de richting van kosmische straling veranderen. We kunnen deze informatie gebruiken om theorieën te testen over hoe interstellaire magnetische velden werken en waar hun fluctuaties vandaan komen.

Dit brengt ons een grote stap dichter bij het begrijpen van de mysterieuze straling uit de ruimte die Hess meer dan 100 jaar geleden ontdekte.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd van Gesprek Onder Creative Commons-licentie. Lezen Origineel artikel.