Kosmische stralen zijn in feite subatomaire deeltjes, voornamelijk protonen (waterstofkernen) en af en toe helium of zwaardere atoomkernen en heel af en toe elektronen. Kosmische straaldeeltjes zijn erg energetisch omdat ze een aanzienlijke snelheid en dus een aanzienlijk momentum hebben.
Het Oh-My-God-deeltje dat in 1991 in Utah werd gedetecteerd, was waarschijnlijk een proton dat met een snelheid van 0,999 reed (en daarna nog 20 x 9 seconden optelde) van de lichtsnelheid en naar verluidt dezelfde kinetische energie droeg als een honkbal dat op 90 kilometer uur.
De kinetische energie werd geschat op 3 x 1020 elektronvolt (eV) en het zou de botsingsenergie van 7,5 x 10 hebben gehad14 eV wanneer het een atmosferisch deeltje raakt - omdat het niet al zijn kinetische energie kan opgeven bij de botsing. Snel bewegend puin voert een deel ervan weg en er is ook wat warmteverlies. In ieder geval is dit nog steeds ongeveer 50 keer de botsingsenergie die we verwachten dat de Large Hadron Collider (LHC) op volle kracht zal kunnen opwekken. Dit geeft je dus een goede basis om te spotten met doemdenkers die er nog steeds van overtuigd zijn dat de LHC de aarde zal vernietigen.
Nu hebben de meeste deeltjes van de kosmische straling een lage energie, tot 1010 eV - en ontstaan lokaal uit zonnevlammen. Weer een energiekere les, tot 1015 eV, wordt verondersteld afkomstig te zijn van elders in de melkweg. Het is moeilijk om hun exacte bron te bepalen omdat de magnetische velden van de melkweg en het zonnestelsel hun baan veranderen, zodat ze een uniforme verdeling in de lucht krijgen - alsof ze van overal komen.
Maar in werkelijkheid komen deze galactische kosmische stralen waarschijnlijk van supernova's - heel waarschijnlijk in een proces van vertraagde afgifte, terwijl deeltjes heen en weer stuiteren in het aanhoudende magnetische veld van een supernovarestant, voordat ze naar het grotere sterrenstelsel worden gekatapulteerd.
En dan zijn er extragalactische kosmische stralen, die van de Oh-My-God-variëteit zijn, met energieniveaus van meer dan 1015 eV, zelfs zelden meer dan 1020 eV - die formeel ultra-energetische kosmische straling heten. Deze deeltjes reizen heel dicht bij de snelheid van het licht en moeten een enorme kick hebben gehad om dergelijke snelheden te bereiken.
Echter, een misschien overdreven aura van mysterie heeft traditioneel de oorsprong van extragalactische kosmische straling omgeven - zoals geïllustreerd in de Oh-My-God-titel.
In werkelijkheid zijn er grenzen aan hoe ver een ultrahoog energetisch deeltje vandaan kan komen - aangezien ze, als ze niet met iets anders botsen, uiteindelijk de Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) -grens zullen tegenkomen . Dit vertegenwoordigt de waarschijnlijkheid dat een snel bewegend deeltje uiteindelijk in botsing komt met een kosmisch achtergrondfoton in de microgolf, waardoor de energie en snelheid van het momentum verloren gaan. Het komt erop neer dat extragalactische kosmische stralen energieën van meer dan 10 vasthouden19 eV kan niet afkomstig zijn van een bron verder dan 163 miljoen lichtjaar van de aarde - een afstand die bekend staat als de GZK-horizon.
Recente waarnemingen van het Pierre Auger Observatorium hebben een sterke correlatie gevonden tussen extragalactische patronen van kosmische straling en de distributie van nabije sterrenstelsels met actieve galactische kernen. Biermann en Souza hebben nu een evidence-based model bedacht voor het ontstaan van galactische en extragalactische kosmische straling - dat een aantal testbare voorspellingen heeft.
Ze stellen voor dat extragalactische kosmische straling wordt opgewekt in superzware accretieschijven voor zwarte gaten, die de basis vormen van actieve galactische kernen. Bovendien schatten ze dat bijna alle extragalactische kosmische stralen die de aarde bereiken afkomstig zijn van Centaurus A. Dus geen groot mysterie - inderdaad een rijk gebied voor verder onderzoek. Deeltjes van een actieve superzware accretieschijf met een zwart gat in een ander sterrenstelsel worden aan onze deur afgeleverd.
Verder lezen: Biermann en Souza Over een gemeenschappelijke oorsprong van galactische en extragalactische kosmische straling.
