Afbeelding tegoed: NASA
Astronomen geloven dat de zon antimaterie creëert en vernietigt als onderdeel van zijn natuurlijke proces van fusiereactie, maar nieuwe waarnemingen van NASA's Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) ruimtevaartuig hebben nieuwe inzichten in het proces gebracht. De antimaterie wordt gevormd in zonnevlammen wanneer snel bewegende deeltjes die door de gloed worden versneld, in langzamer bewegende deeltjes in de atmosfeer van de zon worden ingeslagen (er wordt voldoende antimaterie gecreëerd in slechts één gloed om de Verenigde Staten gedurende twee jaar van stroom te voorzien). Verrassend genoeg wordt de antimaterie niet meteen vernietigd; in plaats daarvan wordt het door de gloed naar een ander deel van de zon gedragen voordat het wordt vernietigd.
De beste kijk tot nu toe hoe een zonne-explosie een antimaterie-fabriek wordt, gaf onverwachte inzichten in hoe de enorme explosies werken. De waarneming kan theorieën verstoren over hoe de explosies, zonnevlammen genoemd, antimaterie creëren en vernietigen. Het gaf ook verrassende details over hoe ze subatomaire deeltjes tot bijna de lichtsnelheid blazen.
Zonnevlammen behoren tot de krachtigste explosies in het zonnestelsel; de grootste kan evenveel energie vrijgeven als een miljard atoombommen van één megaton. Een team van onderzoekers gebruikte het Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) -ruimtevaartuig van NASA om op 23 juli 2002 foto's te maken van een zonnevlam, met behulp van de hoogenergetische röntgenstralen en gammastraling.
"We maken foto's van fakkels in een geheel nieuwe kleur, een kleur die onzichtbaar is voor het menselijk oog, dus we verwachten verrassingen, en RHESSI heeft ons er al een paar gegeven", zei Dr. Robert Lin, een faculteitslid bij de afdeling Natuurkunde op de University of California, Berkeley, de hoofdonderzoeker van RHESSI.
Gammastralen en röntgenstralen zijn de meest energetische vormen van licht, met een deeltje gammastraallicht bovenaan de schaal dat miljoenen tot miljarden keren meer energie draagt dan een deeltje zichtbaar licht. De resultaten maken deel uit van een reeks artikelen over de RHESSI-waarneming die op 1 oktober in Astrophysical Journal Letters zal worden gepubliceerd.
Antimaterie vernietigt normale materie in een uitbarsting van energie en inspireert sciencefiction-schrijvers om het te gebruiken als een uiterst krachtige bron om sterrenschepen aan te drijven. De huidige technologie creëert slechts kleine hoeveelheden, meestal in kilometerslange machines die worden gebruikt om atomen samen te verpletteren, maar wetenschappers ontdekten dat de uitbarsting van juli 2002 een halve kilo (ongeveer een pond) antimaterie veroorzaakte, genoeg om de hele Verenigde Staten gedurende twee dagen van stroom te voorzien. Volgens de RHESSI-afbeeldingen en -gegevens werd deze antimaterie niet vernietigd waar verwacht.
Antimaterie wordt vaak het "spiegelbeeld" van gewone materie genoemd, omdat voor elk type gewone materie deeltje een antimaterie deeltje kan worden gecreëerd dat identiek is behalve een tegengestelde elektrische lading of andere fundamentele eigenschappen.
Antimaterie is zeldzaam in het huidige universum. Het kan echter worden gecreëerd bij botsingen met hoge snelheid tussen deeltjes van gewone materie, wanneer een deel van de energie van de botsing in de productie van antimaterie gaat. Antimaterie ontstaat in fakkels wanneer de snel bewegende deeltjes die tijdens de fakkel worden versneld, botsen met langzamere deeltjes in de atmosfeer van de zon.
Volgens de flare-theorie vinden deze botsingen plaats in relatief dichte gebieden van de zonne-atmosfeer, omdat veel botsingen nodig zijn om aanzienlijke hoeveelheden antimaterie te produceren. Wetenschappers hadden verwacht dat het antimaterie in de buurt van dezelfde plaatsen zou worden vernietigd, omdat er zoveel deeltjes gewone stof tegenkomen. "Antimaterie mag niet ver komen", zei Dr. Gerald Share van het Naval Research Laboratory, Washington, D.C., hoofdauteur van een paper over RHESSI's observaties van de vernietiging van antimaterie in de uitbarsting van 23 juli.
In een kosmische versie van het shell-spel lijkt het er echter op dat deze overstraling antimaterie rond heeft geschud, waardoor het op de ene locatie is ontstaan en op een andere is vernietigd. RHESSI maakte tot nu toe de meest gedetailleerde analyse mogelijk van de gammastraling die wordt uitgestraald wanneer antimaterie de gewone materie in de zonnelucht vernietigt. Uit de analyse blijkt dat het antimaterie van de fakkel mogelijk is vernietigd in gebieden waar hoge temperaturen de deeltjesdichtheid 1000 keer lager maakten dan waar het antimaterie had moeten ontstaan.
Als alternatief is er misschien helemaal geen "shell-game" en kunnen fakkels aanzienlijke hoeveelheden antimaterie creëren in minder dichte gebieden, of kunnen fakkels op de een of andere manier ondanks hoge temperaturen dichte gebieden behouden, of is de antimaterie gecreëerd "op de run ”met hoge snelheden, en de creatie met hoge snelheid gaf het uiterlijk van een regio met hoge temperaturen, aldus het team.
Zonnevlammen zijn ook in staat om elektrisch geladen deeltjes in de atmosfeer van de zon (elektronen en ionen) tot bijna de lichtsnelheid te blazen (ongeveer 186.000 mijl per seconde of 300.000 km / sec.). De nieuwe RHESSI-waarneming onthulde dat zonnevlammen op de een of andere manier deeltjes sorteren, hetzij door hun massa of hun elektrische lading, terwijl ze ze naar ultrahoge snelheden voortstuwen.
"Deze ontdekking is een revolutie in ons begrip van zonnevlammen", zegt Dr. Gordon Hurford van de University of California, Berkeley, die de hoofdauteur is van een van de vijftien artikelen over dit onderzoek.
De zonneatmosfeer is een gas van elektrisch geladen deeltjes (elektronen en ionen). Omdat deze deeltjes magnetische krachten voelen, zijn ze beperkt om langs magnetische velden te stromen die de atmosfeer van de zon doordringen. Er wordt aangenomen dat zonnevlammen optreden wanneer magnetische velden in de atmosfeer van de zon verwrongen raken en plotseling een nieuwe configuratie aannemen, zoals een rubberen band die breekt wanneer hij overbelast raakt. Dit wordt magnetische herverbinding genoemd.
Eerder geloofden wetenschappers dat de deeltjes in de zonne-atmosfeer werden versneld toen ze meegesleurd werden met het magnetische veld terwijl het in een nieuwe vorm knapte, als een steen in een katapult. Als het echter zo eenvoudig zou zijn, zouden alle deeltjes in dezelfde richting worden geschoten. De nieuwe waarnemingen van RHESSI laten zien dat dit niet zo is; zwaardere deeltjes (ionen) komen op een andere locatie terecht dan lichtere deeltjes (elektronen).
"Het resultaat is net zo verrassend als goudzoekers die op een rotswand schieten en ontdekken dat de explosie al het vuil in de ene richting en al het goud in een andere richting heeft geworpen", zegt dr. Craig DeForest, een zonne-onderzoeker bij het South West Research Inst. Boulder, Colo.
De manier waarop fakkels deeltjes per massa sorteren is onbekend; er zijn veel mogelijke mechanismen volgens het team. Als alternatief zouden de deeltjes gesorteerd kunnen worden op hun elektrische lading, omdat ionen positief geladen zijn en elektronen negatief geladen. Als dit het geval is, zou er een elektrisch veld in de fakkel moeten worden opgewekt, aangezien deeltjes in een elektrisch veld in verschillende richtingen bewegen op basis van hun lading. In beide gevallen levert magnetische herverbinding nog steeds de energie, maar het acceleratieproces is complexer.
De aanwijzing die wetenschappers tot dit verrassende gedrag heeft getipt, was de RHESSI-waarneming dat gammastralen van de flare van 23 juli niet werden uitgezonden vanaf dezelfde locaties die de röntgenstralen uitzonden, zoals de theorie voorspelt. Volgens theorieën over zonnevlammen worden elektronen en ionen tijdens de fakkel versneld tot hoge snelheden en racen ze langs boogvormige magnetische structuren. De elektronen slaan tegen de twee voetpunten van de bogen in de dichtere zonne-atmosfeer en zenden röntgenstralen uit wanneer ze daar elektrisch geladen protonen tegenkomen die ze afbuigen. Gammastraling moet worden uitgezonden vanaf dezelfde locaties wanneer de hogesnelheidsionen ook in deze regio's botsen.
Hoewel RHESSI zoals verwacht twee röntgenstralen uitzendt op de voetpunten, detecteerde het alleen een diffuse gammastraling, gecentreerd op een andere locatie zo'n 15.000 kilometer (ongeveer 9.300 mijl) ten zuiden van de röntgenstralen.
"Elke nieuwe ontdekking laat zien dat we nog maar net beginnen te begrijpen wat er gebeurt in deze gigantische explosies", zegt Dr. Brian Dennis van het Goddard Space Flight Center van NASA, Greenbelt, Md., De missiewetenschapper van RHESSI. RHESSI werd op 5 februari 2002 gelanceerd met de Universiteit van Californië, Berkeley, verantwoordelijk voor de meeste aspecten van de missie, en NASA Goddard, verantwoordelijk voor programmabeheer en technisch toezicht.
Bron: NASA News Release
