Wetenschappers hebben een doorbraak bereikt in het begrijpen van de oorsprong van een van de krachtigste deeltjes ooit ontdekt: het ‘Amaterasu’-deeltje. Deze kosmische straal, vernoemd naar de Japanse zonnegodin, draagt een verbazingwekkende 40 miljoen keer meer energie met zich mee dan deeltjes die worden geproduceerd in de grootste versneller ter wereld, de Large Hadron Collider (LHC). De ontdekking werpt licht op de extreme gebeurtenissen die materie tot onvoorstelbare snelheden versnellen en zouden kunnen helpen de meest gewelddadige gebieden van het universum te lokaliseren.
De puzzel van kosmische straling met ultrahoge energie
Kosmische straling zijn hoogenergetische geladen deeltjes die de aarde voortdurend vanuit de ruimte bombarderen. Het Amaterasu-deeltje, ontdekt in 2021, geldt als het op een na meest energetische deeltje ooit waargenomen – alleen overtroffen door het legendarische ‘Oh-My-God’-deeltje dat in 1991 werd gedetecteerd. Dergelijke extreme energieniveaus zijn uitzonderlijk zeldzaam, wat wetenschappers ertoe aanzet hun bronnen te onderzoeken: in de eerste plaats overblijfselen van supernova-explosies en de chaotische omgevingen rond superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels.
De puzzel werd groter omdat Amaterasu afkomstig leek te zijn uit de ‘Lokale Leegte’, een uitgestrekt, bijna leeg gebied in de ruimte. De leegte mist de dichte, gewelddadige omstandigheden die doorgaans gepaard gaan met de versnelling van hoogenergetische deeltjes, waardoor de oorsprong ervan nog verwarrender wordt.
Nieuwe analyse wijst voorbij de leegte
Onderzoekers Francesca Capel en Nadine Bourriche van het Max Planck Instituut voor Natuurkunde betwistten deze veronderstelling. Met behulp van een nieuwe, op data gebaseerde aanpak vonden ze bewijs dat Amaterasu waarschijnlijk niet afkomstig was uit de Lokale Leegte, maar uit een nabijgelegen stervormend sterrenstelsel. Concreet suggereert hun analyse een grote waarschijnlijkheid dat het deeltje werd gelanceerd vanuit M82, een relatief dichtbij en actief vormend sterrenstelsel.
De methode van het team combineerde realistische op fysica gebaseerde simulaties met observatiegegevens met behulp van een statistische techniek genaamd Approximate Bayesian Computation in drie dimensies. Deze techniek vergeleek de voorspelde paden van hoogenergetische kosmische straling, rekening houdend met de invloed van magnetische velden, met feitelijke waarnemingen om de meest waarschijnlijke bronlocaties te bepalen.
Implicaties voor het begrijpen van extreme kosmische gebeurtenissen
De implicaties reiken verder dan het oplossen van het mysterie van Amaterasu. Door potentiële kosmische stralingsfabrieken te identificeren, kunnen wetenschappers beter begrijpen hoe het universum materie tot zulke extreme energieën versnelt. Deze kennis zou ook inzichten kunnen onthullen in het gedrag van materie onder omstandigheden die veel verder gaan dan alles wat in laboratoria haalbaar is.
“Het onderzoeken van kosmische straling met ultrahoge energie helpt ons beter te begrijpen hoe het heelal materie tot zulke energieën kan versnellen, en ook om omgevingen te identificeren waar we het gedrag van materie in zulke extreme omstandigheden kunnen bestuderen”, aldus Capel.
Het onderzoeksteam richt zich nu op het verfijnen van hun statistische analysemethoden om het potentieel van bestaande gegevens te maximaliseren, met als doel een nog dieper begrip te krijgen van de krachten die de meest energetische deeltjes van het universum vormen. Dit werk zal helpen de geheimen van de meest gewelddadige omgevingen van de kosmos te ontsluiten.
