Afbeelding tegoed: Hubble
Wetenschappers van de Universiteit van Californië die bij het Los Alamos National Laboratory werken, hebben een nieuwe theorie voorgesteld om de beweging van enorme energievelden in gigantische radiostelsels (GRG's) te verklaren. De theorie zou de basis kunnen zijn voor een geheel nieuw begrip van de manieren waarop kosmische straling - en hun kenmerkende radiogolven - zich voortplanten en door de intergalactische ruimte reizen.
In een paper dat deze maand is gepubliceerd in The Astrophysical Journal Letters, leggen de wetenschappers uit hoe het opnieuw verbinden van magnetische velden verantwoordelijk kan zijn voor de versnelling van relativistische elektronen binnen grote intergalactische volumes. Dat wil zeggen, de beweging van geladen deeltjes in de ruimte die oorspronkelijk van energie werden voorzien door enorme zwarte gaten.
"Als ons begrip van dit proces correct is," zegt Los Alamos-astrofysicus Philipp Kronberg, "zou het een paradigmaverschuiving kunnen zijn in het huidige denken over de aard van GRG's en kosmische straling."
Onderzoekers begrijpen nog steeds niet volledig waarom herverbinding van het magnetische veld plaatsvindt, maar er is zoveel bekend: een dieper begrip van het mechanisme zou hier op aarde belangrijke toepassingen kunnen hebben, zoals het creëren van een systeem van magnetische opsluiting voor fusie-energiereactoren.
Als de theorie van de wetenschappers van Los Alamos juist is, heeft de ontdekking ook uiteenlopende astrofysische gevolgen. Het impliceert dat herverbinding van het magnetische veld of een ander zeer efficiënt veld-naar-deeltje energieconversieproces een hoofdbron zou kunnen zijn van alle extragalactische radiobronnen, en mogelijk ook de mysterieuze "Ultra High Energy Cosmic Ray-deeltjes".
Reusachtige radiostelsels zijn enorme hemellichamen die een continuüm van radiogolflengten uitzenden die kunnen worden gedetecteerd met radiotelescopen zoals die in de Very Large Array in Socorro, NM. Met behulp van uitgebreide gegevens over zeven van de grootste radiostelsels in het heelal die de afgelopen twee decennia zijn verzameld, onderzoekers waren in staat om energievelden van kosmische straling te bestuderen die worden verdreven uit de GRGs-centra - die vrijwel zeker superzware zwarte gaten bevatten - naar buiten toe tot een paar miljoen lichtjaren de intergalactische ruimte in (1 lichtjaar = 5.900.000.000.000 mijl).
De onderzoekers van Los Alamos concludeerden dat het hoge energiegehalte van deze gigantische radiostelsels, hun grote geordende magnetische veldstructuren, de afwezigheid van sterke grootschalige schokken en zeer lage interne gasdichtheden wijzen op een directe en efficiënte omzetting van het magnetische veld naar deeltjesenergie in een proces dat astrofysici het herverbinden van magnetische velden noemen. Magnetische veldherverbinding is een proces waarbij de lijnen van een magnetisch veld verbinden en verdwijnen, waardoor de energie van het veld wordt omgezet in deeltjesenergie. Opnieuw verbinden wordt beschouwd als een sleutelproces in de corona van de zon voor de productie van zonnevlammen en in apparaten voor fusie-experimenten die tokamaks worden genoemd. Het komt ook voor in de interactie tussen de zonnewind en het magnetische veld van de aarde en wordt beschouwd als een hoofdoorzaak van magnetosferische stormen.
Uit het onderzoek bleek dat de meting van de totale energie-inhoud van ten minste één van deze gigantische radiostelsels - waarvan wordt aangenomen dat ze in het midden een zwart gat hebben met een massa gelijk aan 100 miljoen keer die van onze zon - 10 61 ergs was. Ergs zijn een maat voor energie waarbij één erg de hoeveelheid energie is die nodig is om een gram gewicht op een afstand van één centimeter te tillen. Dit energieniveau van 10 61 ergs is meerdere malen hoger dan de thermonucleaire energie die door alle sterren in een sterrenstelsel zou kunnen worden afgegeven, en biedt de onderzoekers een aanzienlijk bewijs dat de bron van de gemeten energie geen typische zonnefusie of zelfs supernovae kan zijn.
Naast het hoge energiegehalte, leidden de wetenschappers door de grote, geordende structuur van het magnetische veld en de afwezigheid van sterke grootschalige schokken - zoals die kunnen optreden bij een supernova-explosie - dat het proces van het opnieuw verbinden van het magnetische veld is aan het werk.
Naast Kronberg is de theorie het resultaat van werk van Los Alamos-wetenschappers Stirling Colgate, Hui Li en Quentin Dufton. Het onderzoek werd gefinancierd door financiering van Los Alamos Laboratory-Directed Research and Development (LDRD). LDRD financiert fundamenteel en toegepast onderzoek en ontwikkeling, waarbij de nadruk ligt op creatieve concepten die naar goeddunken van de laboratoriumdirecteur zijn geselecteerd.
Los Alamos National Laboratory wordt beheerd door de University of California voor de National Nuclear Security Administration (NNSA) van het Amerikaanse Department of Energy en werkt samen met de nationale laboratoria van NNSA, Sandia en Lawrence Livermore, om NNSA te ondersteunen in haar missie.
Los Alamos verbetert de wereldwijde beveiliging door de veiligheid en het vertrouwen in de Amerikaanse nucleaire voorraad te waarborgen, technologieën te ontwikkelen om de dreigingen van massavernietigingswapens te verminderen en de erfenis van de koude en het milieu en de nucleaire materialen te verbeteren. De mogelijkheden van Los Alamos helpen de natie bij het aanpakken van energie-, milieu-, infrastructuur- en biologische veiligheidsproblemen.
Oorspronkelijke bron: Los Alamos National Laboratory News Release
