De oorsprong van kosmische straling is een van de meest blijvende mysteries in de natuurkunde, en het lijkt erop dat het nog een tijdje zo zal blijven. Een van de leidende kandidaten waar kosmische straling vandaan komt, is gammastraaluitbarstingen, en natuurkundigen hoopten dat een enorme Antarctische detector genaamd de IceCube Neutrino Observatory die theorie zou bevestigen. Maar waarnemingen van meer dan 300 GRB's leverden geen bewijs op van kosmische straling. Kortom, kosmische stralen zijn niet wat we dachten dat ze waren.
Maar net als Thomas Edison die zei dat 'elke verkeerde poging die wordt weggegooid weer een stap vooruit is', beschouwen natuurkundigen deze laatste bevinding als vooruitgang.
"Hoewel we niet hebben ontdekt waar kosmische straling vandaan komt, hebben we een grote stap gezet om een van de belangrijkste voorspellingen uit te sluiten", zegt IceCube hoofdonderzoeker en professor natuurkunde van de University of Wisconsin-Madison, Francis Halzen.
Kosmische stralen zijn elektrisch geladen deeltjes, zoals protonen, die de aarde vanuit alle richtingen raken, met energieën die tot honderd miljoen keer hoger zijn dan die gecreëerd in door de mens gemaakte versnellers. De intense omstandigheden die nodig zijn om dergelijke energetische deeltjes te genereren, hebben de interesse van natuurkundigen gericht op twee potentiële bronnen: de enorme zwarte gaten in de centra van actieve sterrenstelsels en gammastraaluitbarstingen (GRB's), flitsen van gammastralen die worden geassocieerd met extreem energetische explosies die zijn waargenomen in verre sterrenstelsels.
IceCube gebruikt neutrino's, waarvan wordt aangenomen dat ze de productie van kosmische straling begeleiden, om deze twee theorieën te onderzoeken. In een paper gepubliceerd in het nummer van 19 april van het tijdschrift Nature, beschrijven IceCube-wetenschappers een zoektocht naar neutrino's die worden uitgezonden door 300 gammastraaluitbarstingen die zijn waargenomen, meest recentelijk samen met de SWIFT- en Fermi-satellieten, tussen mei 2008 en april 2010. Verrassend genoeg, ze geen gevonden - een resultaat dat in tegenspraak is met 15 jaar voorspellingen en een van de twee leidende theorieën voor de oorsprong van kosmische straling met de hoogste energie uitdaagt.
De detector zoekt naar hoge energie (teraelectronvolt; 1012-electronvolt) neutrino's, en in hun artikel zei het team dat ze een bovengrens voor de stroom van energetische neutrino's geassocieerd met GRB's hebben gevonden die minstens een factor 3,7 lager is dan de voorspellingen. Dit houdt in dat beide GRB's niet de enige bronnen van kosmische straling zijn met energieën groter dan 1018electronvolts, of de efficiëntie van de productie van neutrino's is veel lager dan voorspeld. Hoe dan ook, zeggen de wetenschappers, onze huidige theorieën over de productie van kosmische straling en neutrino's in GRB's zullen moeten worden herzien. "Het resultaat van deze zoektocht naar neutrino's is aanzienlijk omdat we voor het eerst een instrument hebben dat voldoende gevoelig is om een nieuwe te openen venster op de productie van kosmische straling en de inwendige processen van GRB's, "zei IceCube-woordvoerder en Greg Sullivan, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Maryland. "De onverwachte afwezigheid van neutrino's van GRB's heeft een herevaluatie van de theorie voor de productie van kosmische straling en neutrino's in een GRB-vuurbal gedwongen en mogelijk de theorie dat hoogenergetische kosmische straling in vuurballen wordt opgewekt." IceCube is een deeltjesdetector bij de Zuidpool die de interacties van een bijna massaloze neutrino vastlegt. De instrumenten observeren neutrino's door het zwakke blauwe licht te detecteren dat wordt geproduceerd bij neutrino-interacties in ijs. Neutrino's kunnen gemakkelijk door mensen, muren of hele planeten reizen, zoals de aarde. Om hun zeldzame interacties te detecteren, is IceCube op enorme schaal gebouwd. Een kubieke kilometer gletsjerijs, genoeg om 400 keer in de grote piramide van Gizeh te passen, is uitgerust met 5.160 optische sensoren die tot 2,5 kilometer diep in het ijs zijn ingebed. GRB's, de krachtigste explosies van het universum, worden meestal voor het eerst waargenomen door satellieten die X gebruiken -rays en / of gammastralen. GRB's worden ongeveer één keer per dag gezien en zijn zo helder dat ze halverwege het zichtbare universum kunnen worden gezien. De explosies duren meestal maar een paar seconden en gedurende deze korte tijd kunnen ze al het andere in het universum overtreffen. Wetenschappers zeggen dat een verbeterd theoretisch begrip en meer gegevens van de concurrerende IceCube-detector wetenschappers zullen helpen het mysterie van de productie van kosmische straling beter te begrijpen. IceCube verzamelt momenteel meer gegevens met de voltooide, beter gekalibreerde en beter begrepen detector. IceCube wordt beheerd door een samenwerking van 250 natuurkundigen en ingenieurs uit de VS, Duitsland, Zweden, België, Zwitserland, Japan, Canada, Nieuw-Zeeland, Australië en Barbados.Meer informatie over IceCube.
Bron: IceCube / University of Wisconsin
