Kosmische stralen

Kosmische stralen klinken als een soort sciencefictiondreiging vanuit de ruimte. Het blijkt dat ze in voldoende hoeveelheden zijn. Aan de andere kant passeren kosmische stralen ons elke dag zonder veel te doen (als er enig kwaad is). Dus wat zijn deze mysterieuze stukjes kosmische energie?

Kosmische stralen definiëren

De term "kosmische straal" verwijst naar snelle deeltjes die door het universum reizen. Ze zijn overal. De kans is zeer groot dat kosmische stralen ooit door het lichaam van iedereen zijn gepasseerd, vooral als ze op grote hoogte leven of in een vliegtuig hebben gevlogen. De aarde is goed beschermd tegen alles behalve de meest energieke van deze stralen, dus ze vormen niet echt een gevaar voor ons in ons dagelijks leven.

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

Kosmische stralen zijn afkomstig van supernova-explosies, onder andere processen in het universum. Dit is een gecombineerde infrarood- en röntgenfoto van een supernova-restant genaamd W44. Verschillende telescopen keken ernaar om het beeld te krijgen. Toen de ster die deze scène creëerde explodeerde, zond het kosmische stralen en andere hoog-energetische deeltjes uit, evenals radio, infrarood, röntgen, ultraviolet en zichtbaar licht. NASA / CXC en NASA / JPL-CalTech

Wat zijn kosmische stralen?

Kosmische stralen zijn deeltjes met extreem hoge energie (meestal protonen) die zich bijna met de snelheid van het licht verplaatsen. Sommige komen van de zon (in de vorm van zonne-energetische deeltjes), terwijl anderen worden uitgestoten door supernova-explosies en andere energetische gebeurtenissen in de interstellaire (en intergalactische) ruimte. Wanneer kosmische stralen in botsing komen met de atmosfeer van de aarde, produceren ze douches van zogenaamde "secundaire deeltjes".

Geschiedenis van Cosmic Ray Studies

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

Dit vloog in het gezicht van conventionele wijsheid. Zijn eerste instinct om dit uit te leggen, was dat een zonnefenomeen dit effect veroorzaakte. Echter, na het herhalen van zijn experimenten tijdens een bijna zonsverduistering behaalde hij dezelfde resultaten, waardoor elke zonne-oorsprong effectief werd uitgesloten, daarom concludeerde hij dat er een intrinsiek elektrisch veld in de atmosfeer moest zijn dat de waargenomen ionisatie veroorzaakte, hoewel hij niet kon afleiden wat de bron van het veld zou zijn.

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

Lopende studies van eigenschappen van kosmische stralen

Sinds die tijd blijven wetenschappers hoogvliegende ballonnen gebruiken om boven de atmosfeer te komen en meer van deze supersnelle deeltjes te bemonsteren. Het gebied boven Antartica aan de zuidpool is een favoriete lanceerplaats en een aantal missies hebben meer informatie verzameld over kosmische straling. Daar is de National Science Balloon Facility de thuisbasis van verschillende met instrumenten beladen vluchten per jaar. De "kosmische straaltellers" die ze dragen meten de energie van kosmische stralen, evenals hun richtingen en intensiteiten.

Een langdurige ballonvaart vanuit Antarctica kan worden gebruikt om kosmische straling te detecteren. NASA

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

De bronnen van kosmische stralen achterhalen

Omdat kosmische stralen zijn samengesteld uit geladen deeltjes, kunnen hun paden worden veranderd 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 voorspellen waar (en hoe sterk) magnetische velden extreem moeilijk zijn. En omdat deze magnetische velden in de hele ruimte blijven bestaan, verschijnen ze in elke richting. Daarom is het niet verwonderlijk dat vanuit ons uitkijkpunt hier op aarde lijkt dat kosmische stralen niet lijken te arriveren vanuit een willekeurig punt in de ruimte.

Het bepalen van de bron van kosmische straling bleek vele jaren moeilijk. Er zijn echter enkele veronderstellingen die kunnen worden aangenomen. In de eerste plaats impliceerde de aard van kosmische straling als deeltjes met een extreem hoge energie dat ze worden geproduceerd door vrij krachtige activiteiten. Dus gebeurtenissen zoals supernovae of regio's rond zwarte gaten leken waarschijnlijke kandidaten te zijn. De zon straalt iets uit dat lijkt op kosmische stralen in de vorm van zeer energetische deeltjes.

De zon straalt stromen van geactiveerde deeltjes en kosmische stralen uit. Consortium van SOHO / Extreme Ultraviolet Imaging Telescope (EIT)

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

Kosmische stralen kunnen stromen van zeer energieke gebeurtenissen in het verre universum, zoals activiteiten in verband met quasars. Een artistieke kijk op hoe een vroege quasar eruit zou kunnen zien. ESO / M. Kornmesser

In juni 2008 lanceerde NASA een gamma-ray 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 op de ruimte gebaseerde instrumenten, kijken astronomen nu naar overblijfselen van supernova en exotische objecten zoals superzware zwarte gaten als bronnen voor de meest energieke kosmische straling die hier op aarde wordt gedetecteerd.

Snelle feiten

• Kosmische stralen komen uit het hele universum en kunnen worden gegenereerd door gebeurtenissen zoals supernova-explosies.
• Snelle deeltjes worden ook gegenereerd in andere energetische evenementen zoals quasaractiviteiten.
• De zon zendt ook kosmische stralen uit in de vorm of zonne-energetische deeltjes.
• Kosmische stralen kunnen op aarde op verschillende manieren worden gedetecteerd. Sommige musea hebben kosmische straaldetectoren als exposities.

bronnen

• "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.