Kosmische deeltjes krijgen snelheid in magneetveld

De atmosfeer van de aarde wordt dag in, dag uit bestookt met elektrisch geladen deeltjes met hoge energie, die vanuit alle richtingen uit het heelal komen. Deze deeltjes, vooral protonen (waterstofkernen) en elektronen, dragen de verwarrende verzamelnaam kosmische straling. Naar de oorsprong van deze hoog-energetische deeltjes wordt al decennia lang gezocht. De meeste astronomen denken dat zij ontstaan in de uitdijende gasschillen rond geëxplodeerde sterren. Deze theorie lijkt nu eindelijk te worden bevestigd door onderzoek met de Japanse röntgensatelliet ASCA.

Japanse en Amerikaanse astronomen hebben de waarnemingen bestudeerd die deze satelliet heeft verricht aan de gasvormige restanten van een ster die in het jaar 1006 is geëxplodeerd. De door deze supernova uitgestoten gasmassa's planten zich als een bolvormige schokgolf voort door het zeer ijle gas van de interstellaire ruimte, waarin ze na verloop van tijd geleidelijk zullen 'oplossen'. De gasschil bestrijkt momenteel aan de hemel - in het zuidelijke sterrenbeeld Centaur - een hoekje iets groter dan de volle maan.

De waarnemingen van de Japanse satelliet laten zien dat er twee soorten röntgenstraling van het ster-restant komen. De straling uit het centrum van de gasbol is thermische straling, uitgezonden door gassen die zo'n hoge temperatuur hebben dat de elementen waaruit ze bestaan zijn geïoniseerd. De straling uit de randgebieden van de gasbol is echter vooral synchrotronstraling, dat wil zeggen straling die wordt uitgezonden door elektronen die in magnetische velden worden opgejaagd tot snelheden van bijna die van het licht: net zoals in een synchrotron op aarde (Nature 378, p. 255).

De astronomen schatten dat de elektronen in de randgebieden van de gasbol een energie tot 100 tera-elektronvolt (10 eV) of meer krijgen. Dit is de hoogste energie die men voor elektronen in het heelal heeft gevonden: vele malen hoger dan de energie die in deeltjesversnellers op aarde wordt geproduceerd. De elektronen krijgen deze hoge energie doordat ze telkens door het gemagnetiseerde, turbulente schokfront bewegen en hierin net zo lang 'opzwiepers' krijgen totdat ze voorgoed uit dit gebied kunnen ontsnappen.

Precies hetzelfde versnellingsproces zou in het magnetische schokfront kunnen plaatsvinden met ionen en atoomkernen. Ook die krijgen hierin een steeds hogere energie en vliegen uiteindelijk naar alle kanten het heelal is. Hiermee zou voor het eerst een bron van herkomst voor de hoog-energetische deeltjes van de kosmische straling zijn waargenomen. De vraag is nu natuurlijk of ook bij andere gassschillen rond geëxplodeerde sterren zulke tekenen van synchrotronstraling c.q. deeltjesversnelling kunnen worden gevonden. Hier zullen astronomen nu zeker naar gaan zoeken.