Terzan 5 onthult geheimen van kosmische straling en magnetische velden; een grote doorbraak in de astrofysica

In een baanbrekende studie, vandaag gepubliceerd in Nature Astronomy, hebben onderzoekers gebruik gemaakt van de unieke eigenschappen van de dichte sterrenhoop Terzan 5 om nieuw licht te werpen op het gedrag van kosmische straling en de magnetische velden die hun paden beïnvloeden. Dit hemelse laboratorium, gelegen in een deel van de melkweg dat momenteel snel door de ruimte beweegt, bood een ongekende kans om te meten hoe kosmische straling hun banen verandert als gevolg van fluctuaties in interstellaire magnetische velden.

Oorsprong van kosmische straling

Kosmische straling, hoogenergetische deeltjes die met bijna de snelheid van het licht door de ruimte reizen, fascineert wetenschappers sinds de ontdekking ervan door de Oostenrijks-Amerikaanse natuurkundige Victor Hess in 1912. Hess’ observaties toonden aan dat de stralingsniveaus toenamen met de hoogte, zelfs tijdens zonsverduisteringen, wat erop wijst dat deze straling van buiten de atmosfeer van de aarde kwam. Deze ontdekking markeerde een nieuw hoofdstuk in het begrip van stralingsbronnen, waarbij kosmische straling werd onderscheiden van de radioactieve straling die op aarde werd waargenomen.

Hoewel kosmische straling meer dan een eeuw geleden werd ontdekt, blijven de exacte oorsprong en het gedrag ervan gedeeltelijk een raadsel. Deze deeltjes, waaronder atoomkernen en elementaire deeltjes zoals protonen en elektronen, worden afgebogen door magnetische velden. Dit fenomeen maakt het moeilijk om hun oorsprong te traceren, aangezien hun banen onregelmatig worden wanneer ze deze velden tegenkomen, vergelijkbaar met hoe oude kathodestraalbuizen (CRT’s) magnetische velden gebruikten om elektronen te sturen.

Terzan 5

Terzan 5, een bolvormige sterrenhoop in de buurt van het galactische centrum, heeft een cruciale rol gespeeld in het bevorderen van onze kennis over kosmische straling. Deze sterrenhoop, die een groot aantal milliseconde-pulsars bevat—sterk gemagnetiseerde neutronensterren die snel ronddraaien—versnelt kosmische straling tot extreme snelheden. Hoewel deze kosmische straling de aarde niet direct bereikt vanwege magnetische afwijkingen, wordt hun aanwezigheid gedetecteerd door gamma-straling die ontstaat wanneer kosmische straling in botsing komt met fotonen van sterrenlicht. In tegenstelling tot kosmische straling worden gamma-stralen niet beïnvloed door magnetische velden en reizen ze in een rechte lijn naar de aarde.

Een intrigerend aspect van Terzan 5 is de waargenomen verschuiving van gamma-straling ten opzichte van de verwachte posities van de sterren in de sterrenhoop. Deze verschuiving, ontdekt in 2011, bracht astronomen in verwarring totdat er een nieuwe verklaring werd gevonden. Terzan 5 bevindt zich momenteel in een snelle en brede baan die hem periodiek uit het galactische vlak brengt. Terwijl de sterrenhoop zich met honderden kilometers per seconde door het melkwegstelsel beweegt, creëert hij een magnetische “staart”, vergelijkbaar met de staart van een komeet in de zonnewind.

De reis van Terzan 5 naar de aarde

Kosmische straling, uitgezonden door Terzan 5, reist aanvankelijk langs deze magnetische staart. Aangezien de staart niet naar de aarde is gericht, worden de gamma-stralen die door deze kosmische straling worden geproduceerd, geprojecteerd weg van onze gezichtslijn. Door magnetische fluctuaties veranderen de paden van deze kosmische straling uiteindelijk en beginnen sommigen richting de aarde te wijzen. Dit proces, dat ongeveer 30 jaar duurt, zorgt ervoor dat de gamma-stralen verschoven lijken ten opzichte van de sterrenhoop zelf, omdat ze afkomstig zijn uit een gebied dat ongeveer 30 lichtjaren verwijderd is.

Deze ontdekking heeft wetenschappers voor het eerst in staat gesteld om de tijd te meten die nodig is voor magnetische fluctuaties om de richting van kosmische straling te veranderen. Deze meting is cruciaal om theorieën over interstellaire magnetische velden en hun fluctuaties te testen, en brengt onderzoekers dichter bij het begrijpen van kosmische straling die meer dan een eeuw geleden voor het eerst werd gedetecteerd door Victor Hess. Door de lens van Terzan 5 hebben astrofysici waardevolle inzichten gekregen in de dynamische interacties tussen kosmische straling en de magnetische velden van ons melkwegstelsel, wat een belangrijke vooruitgang in de astrofysica vertegenwoordigt.