Cosmic Rays: de snelste reizigers in het heelal

Kosmische straling klinkt als een soort sciencefiction-dreiging vanuit de ruimte. Het blijkt dat ze in voldoende hoeveelheden zijn. Aan de andere kant gaan kosmische straling elke dag door ons heen zonder veel (of geen kwaad) te doen. Dus, wat zijn deze mysterieuze stukjes kosmische energie?

De term 'kosmische straling' verwijst naar deeltjes met hoge snelheid die door het heelal reizen. Ze zijn overal. De kans is groot dat kosmische straling op een of ander moment door ieders lichaam is gegaan, vooral als ze op grote hoogte wonen of in een vliegtuig zijn gevlogen. De aarde is goed beschermd tegen alles behalve de meest energetische van deze stralen, dus ze vormen niet echt een gevaar voor ons in ons dagelijks leven.

Kosmische straling geeft fascinerende aanwijzingen voor objecten en gebeurtenissen elders in het heelal, zoals de dood van massieve sterren (genaamd supernova-explosies) en activiteit op de zon, dus astronomen bestuderen ze met behulp van ballonnen op grote hoogte en ruimtegebaseerde instrumenten. Dat onderzoek levert een opwindend nieuw inzicht op in de oorsprong en evolutie van sterren en sterrenstelsels in het universum.

Kosmische straling zijn geladen deeltjes met een extreem hoge energie (meestal protonen) die bewegen bij bijna lichtsnelheid. Sommige komen van de zon (in de vorm van zonne-energetische deeltjes), terwijl andere worden uitgestoten door supernova-explosies en andere energetische gebeurtenissen in de interstellaire (en intergalactische) ruimte. Wanneer kosmische stralen botsen met de atmosfeer van de aarde, produceren ze buien van zogenaamde "secundaire deeltjes".

Het bestaan ​​van kosmische straling is al meer dan een eeuw bekend. Ze werden voor het eerst gevonden door natuurkundige Victor Hess. Hij lanceerde zeer nauwkeurige elektrometers aan boord van weerballonnen in 1912 om de ionisatiesnelheid van atomen (dat wil zeggen, hoe snel en hoe vaak atomen worden geactiveerd) te meten in bovenste lagen van de atmosfeer van de aarde. Wat hij ontdekte was dat de ionisatiesnelheid veel groter was naarmate je hoger in de atmosfeer stijgt - een ontdekking waarvoor hij later de Nobelprijs won.

Dit vloog in het licht van conventionele wijsheid. Zijn eerste instinct om dit uit te leggen was dat een of ander zonnefenomeen dit effect veroorzaakte. Echter, na het herhalen van zijn experimenten tijdens een zonsverduistering in de buurt, behaalde hij dezelfde resultaten, waarbij hij in feite elke zonne-oorsprong uitsluit, want daarom concludeerde dat er een intrinsiek elektrisch veld in de atmosfeer moet zijn dat de waargenomen ionisatie veroorzaakt, hoewel hij niet kon afleiden wat de bron van het veld was zou zijn.

Het was meer dan een decennium later voordat natuurkundige Robert Millikan kon bewijzen dat het elektrische veld in de door Hess waargenomen atmosfeer in plaats daarvan een stroom van fotonen en elektronen was. Hij noemde dit fenomeen "kosmische straling" en ze stroomden door onze atmosfeer. Hij stelde ook vast dat deze deeltjes niet van de aarde of de omgeving van de aarde afkomstig waren, maar eerder uit de verre ruimte kwamen. De volgende uitdaging was om erachter te komen welke processen of objecten ze hadden kunnen creëren.

Sinds die tijd blijven wetenschappers hoogvliegende ballonnen gebruiken om boven de atmosfeer te komen en meer van deze hogesnelheidsdeeltjes te proeven. De regio boven Antartica aan de zuidpool is een favoriete lanceerplek en een aantal missies heeft meer informatie verzameld over kosmische straling. Daar herbergt de National Science Balloon Facility elk jaar verschillende met instrumenten beladen vluchten. De "kosmische straaltellers" die ze dragen, meten de energie van kosmische stralen, evenals hun richtingen en intensiteiten.

De Internationaal Ruimtestationbevat ook instrumenten die de eigenschappen van kosmische straling bestuderen, waaronder het experiment Cosmic Ray Energetics and Mass (CREAM). Geïnstalleerd in 2017, heeft het een missie van drie jaar om zoveel mogelijk gegevens te verzamelen over deze snel bewegende deeltjes. CREAM begon eigenlijk als een ballonexperiment en vloog tussen 2004 en 2016 zeven keer.

Omdat kosmische straling is samengesteld uit geladen deeltjes, kunnen hun paden worden gewijzigd door elk magnetisch veld waarmee het in contact komt. Natuurlijk hebben objecten zoals sterren en planeten magnetische velden, maar er bestaan ​​ook interstellaire magnetische velden. Dit maakt het erg moeilijk om te voorspellen waar (en hoe sterk) magnetische velden zijn. En aangezien deze magnetische velden in de hele ruimte blijven bestaan, verschijnen ze in elke richting. Daarom is het niet verwonderlijk dat vanuit ons standpunt hier op aarde het lijkt dat kosmische straling niet vanuit een willekeurig punt in de ruimte lijkt te komen.

Het bepalen van de bron van kosmische straling bleek jarenlang moeilijk. Er zijn echter enkele aannames die kunnen worden aangenomen. Allereerst hield de aard van kosmische straling als extreem energetisch geladen deeltjes in dat ze worden geproduceerd door tamelijk krachtige activiteiten. Dus gebeurtenissen als supernova's of regio's rond zwarte gaten leken waarschijnlijke kandidaten. De zon zendt iets uit dat lijkt op kosmische straling in de vorm van zeer energetische deeltjes.

In 1949 suggereerde natuurkundige Enrico Fermi dat kosmische straling eenvoudig deeltjes waren die werden versneld door magnetische velden in interstellaire gaswolken. En aangezien je een vrij groot veld nodig hebt om de hoogste energie kosmische straling te creëren, begonnen wetenschappers supernovaresten (en andere grote objecten in de ruimte) als de waarschijnlijke bron te beschouwen.

In juni 2008 lanceerde NASA een gammastraal telescoop bekend als Fermi - genoemd naar Enrico Fermi. Terwijl Fermi is een gammastraaltelescoop, een van de belangrijkste wetenschappelijke doelen was het bepalen van de oorsprong van kosmische straling. In combinatie met andere studies van kosmische straling door ballonnen en ruimtegebaseerde instrumenten, kijken astronomen nu naar supernovaresten, en zulke exotische objecten als superzware zwarte gaten als bronnen voor de meest energetische kosmische straling die hier wordt gedetecteerd Aarde.

• Kosmische straling komt uit het hele universum en kan worden gegenereerd door gebeurtenissen als supernova-explosies.
• Hoge snelheidsdeeltjes worden ook gegenereerd bij andere energetische gebeurtenissen zoals quasaractiviteiten.
• De zon zendt ook kosmische straling uit in de vorm van zonne-energetische deeltjes.
• Kosmische straling kan op verschillende manieren op aarde worden gedetecteerd. Sommige musea hebben kosmische stralingsdetectoren als exposities.

• "Blootstelling aan kosmische stralen." Radioactiviteit: jodium 131, www.radioactivity.eu.com/site/pages/Dose_Cosmic.htm.
• NASA, NASA, stel je voor.gsfc.nasa.gov/science/toolbox/cosmic_rays1.html.
• RSS, www.ep.ph.bham.ac.uk/general/outreach/SparkChamber/text2h.html.

Bewerkt en bijgewerkt door Carolyn Collins Petersen.