Een internationaal team van sterrenkundigen heeft de radiosignalen uitgeplozen die de Drentse LOFAR-telescoop opvangt als elementaire deeltjes uit de ruimte botsen met de aardse atmosfeer. Dankzij het model van de sterrenkundigen kan LOFAR nu ook als deeltjesdetector gaan fungeren. De onderzoekers publiceren hun bevindingen donderdag in Nature.
De sterrenkundigen, met een groep Nederlanders aan de basis, bestudeerden 150 dagen aan meetgegevens van zogeheten deeltjesdouches. Deze deeltjesdouches ontstaan als kosmische, elementaire deeltjes botsen met de aardse atmosfeer.
Uit de gegevens blijkt dat de deeltjes voornamelijk bestaan uit protonen en kernen van heliumatomen. Bovendien lijkt het erop dat de meeste deeltjes uit onze eigen Melkweg komen. En dus niet, zoals tot nu toe werd gedacht, ver weg uit het heelal.
Stijn Buitink, hoogleraar aan de Vrije Universiteit Brussel, is eerste auteur van het artikel. Buitink: "We denken dat er een soort deeltjesversneller in ons eigen sterrenstelsel zit. Wellicht een zeer grote ster. Die deeltjesversneller is miljoenen keren sterker dan de Large Hadron Collider (LHC) in Genève."
Verder konden de onderzoekers op basis van de meetgegevens een model opstellen dat de radiosignalen van botsende kosmische deeltjes nauwkeurig kon ontrafelen. Zo'n model bestond nog niet voor radiosignalen.
Heino Falcke, astronoom aan de Radboud Universiteit: "We kunnen nu dus heel precieze metingen doen en hoge-energiedeeltjesfysica gaan bedrijven met behulp van de eenvoudige FM-radioantennes zoals we die bij LOFAR gebruiken. De deeltjes komen gratis en voor niks aan uit de ruimte. Wij hoeven ze alleen maar op te vangen."
De Nederlandse astronomen willen de techniek nu ook elders gaan toepassen. Jörg Hörandel, astrodeeltjesfysicus aan de Radboud Universiteit, is in internationaal verband bezig om honderden radioantennes neer te zetten bij het Pierre Auger Observatory in Argentinië. Hörandel: "Pierre Auger is het grootste experiment ter wereld voor kosmische deeltjes. Met deze nieuwe methode kunnen wij uiteindelijk kosmische deeltjes van nog hogere energie bestuderen en met ongekende nauwkeurigheid."
LOFAR is oorspronkelijk bedoeld om het heelal te bestuderen. Nu kan het dus ook gebruikt worden voor deeltjesfysica. Eerder al gebruikten de onderzoekers de radiosignalen van de deeltjesdouches die LOFAR opving om het elektrische veld te bestuderen tijdens onweersbuien.
Artikel
A large light-mass component of cosmic rays at 10^17–10^17.5 electronvolts from radio observations. Door S. Buitink, et. al. Nature, 3 maart 2016. DOI: 10.1038/nature16976
Het onderzoek werd verricht met steun van onder andere NWO, NOVA, SNN, de ERC en FOM.