Embargo: Er rust een embargo op de inhoud van dit persbericht en de publicaties tot 18:00 London time / 13:00 US Eastern Time op 18 Mei 2005, de dag voorafgaand aan publicatie!
Ultrahoge energiedeeltjes uit de kosmos produceren een ongewoon radiolicht Nieuwe radiotelescoop ziet en hoort de helderste radioflitsen aan de hemel Een groep astrofysici heeft eerder deze week met LOPES, een voorloper van de radiotelescoop LOFAR die ultrahoge energiedeeltjes uit de kosmos kan detecteren, ongekend snelle en heldere kosmische radioflitsen geregistreerd. Het tijdschrift Nature besteedt deze week aandacht aan deze tot dusver nauwelijks waargenomen kosmische lichtflitsen die bijna een miljoen keer sneller dan normale bliksem en ruim 1000 keer helderder dan de zon lijken te zijn. Heel even waren deze flitsen, met een doorsnede van tweemaal die van de maan, het helderste licht aan het firmament. Het experiment toont aan dat de radioflitsen in de aardse atmosfeer worden geproduceerd en worden veroorzaakt door de inslag van kosmische deeltjes met een ultrahoge energetische waarde. Deze deeltjes wordt aangeduid met de term ultrahoge kosmische energiestraling en hun oorsprong is een puzzel die nog steeds moet worden opgelost. De hoop van de astrofysici is nu dat hun ontdekking nieuw licht zal laten schijnen op het mysterie van deze deeltjes. De wetenschappers maakten gebruik van een reeks aaneengeschakelde radio-antennes binnen een veld van deeltjesdetectoren van het KASCADE Grande-experiment van het Forschungszentrum in Karlsruhe (D). Zij toonden aan dat bij elk kosmisch deeltje dat in de aardse atmosfeer belandt, een overeenkomstige radiopuls in de richting van het binnenkomende deeltje kon worden geregistreerd. Met behulp van astronomische visualisatie technie ken heeft de groep zelfs digitale filmbeelden van deze gebeurtenissen kunnen maken, die nu de snelste filmpjes binnen de radioastronomie zijn. De deeltjesdetectoren leverden de astronomen de basisinformatie over de binnenkomende kosmische straling. De onderzoekers bleken in staat om te bewijzen dat de sterkte van het uitgezonden radiosignaal een directe maatstaf is voor de energie van de kosmische straling. “Het is verbazingwekkend dat wij met simpele FM-radioantennes de energie van enkele van de kleinste deeltjes uit de kosmos kunnen meten", vertelt Prof. Heino Falcke van het radioastronomisch onderzoeksinstituut ASTRON en bijzonder hoogleraar aan de Radboud Universiteit Nijmegen, de initiator en supervisor van het experiment. “Als onze ogen radiostraling zo uden kunnen waarnemen, zouden wij zien dat de hemel bezaaid is met radioflitsen”, voegt hij eraan toe. Als detectoren gebruikten de wetenschappers antenneparen die vergelijkbaar zijn met die van gewone FM-radioontvangers. “Het belangrijkste verschil met normale radio’s is gelegen in het feit dat gebruik gemaakt wordt van digitale electronica en breedbandontvangers, waarmee wij op vele frequenties tegelijkertijd kunnen luisteren”, legt natuurkundige Dipl. Phys. Andreas Horneffer. Dhr Horneffer is postdoctoraal student aan de Radboud Universiteit Nijmegen en heeft de antennes als onderdeel voor zijn doctoraalproject in Bonn geinstalleerd. In principe zijn enkele van de waargenomen radioflitsen sterk genoeg om ervoor te zorgen dat de conventionele radio- en televisieontvangst voor een korte periode worden onderbroken. Ter demonstratie van dit effect heeft de groep hun radioontvangst van kosmische straling in een geluidsopname ge converteerd (zie onder). Daar de lichtflitsen slechts 20-30 nanose-
conden duren en heldere slechts één maal per dag voorkomen, zullen deze in het dagelijkse leven nauwelijks worden herkend. Het experiment heeft eveneens aangetoond dat de sterkte van de radioemissie afhangt van de oriëntatie van het aardmagnetisch veld. Het is één van de resultaten die de basis voorspellingen van theoretische rekenmodellen van Prof. Falcke en een andere doctoraalstudent, Tim Huege, en Prof. Peter Gorham van de Universiteit van Hawaii bevestigen. Voortdurend vindt er een bombardement van kosmische stralingsdeeltjes op aarde plaats, die kleine explosies van elementaire deeltjes veroorzaken; een stroom materiedeeltjes en antimateriedeeltjes flitsen door de atmosfeer. De deeltjes met de lichtste lading in deze stroom, electronen en positronen, worden weerkaatst door het geomagnetische veld van de aard, waardoor deze radiostraling uitzenden. Dit type radiostraling is in principe zeer bekend door de deeltjesversnellers op aarde en wordt synchrotrone radiostraling genoemd. Vanwege de interactie met het aardmagnetisch veld spreken spreken astrofysici nu, analoog hieraan, van “geosynchrotron straling”.
De radioflitsen zijn gedetecteerd door de LOPES-telescoop die is opgesteld in het kader van het KASCADE Grande-experiment voor kosmische deeltjesregens van het Forschungszentrum Karlsruhe, (D). KASCADE Grande is een toonaangevend experiment voor de meting van kosmische straling. De radiotelescoop LOPES (LOFAR Prototype Station) maakt gebruik van de prototypeantennes van de grootste radiotelescoop ter wereld, LOFAR , die vanaf 2006 in Nederland en delen van Duitsland zal worden gebouwd. Het ontwerp van LOFAR breekt met alle tradities: een grote hoeveelheid goedkope lage- frequentie antennes ontvangt alle kosmische radiosignalen tegelijkertijd. De supercomputer Blue Gene/L van IBM, aangesloten op het uiterst snelle glasvezelinternet, heeft dan de mogelijkheid om ongewone signalen te detecteren en afbeeldingen te maken van belangwekkende hemelsectoren zonder dat hier mechanische onderdelen aan te pas komen. “Met LOPES wordt duidelijk dat de eerste belangrijke wetenschappelijke resultaten van het LOFAR-project al tijdens de ontwikkelingsfase zijn te zien. Wij hebben er alle vertrouwen in dat LOFAR inderdaad zo revolutionair zal zijn als wij hoopten.”, legt Prof. Harvey Butcher, directeur van het radioastronomisch onderzoeksinstituut ASTRON te Dwingeloo (NL) uit, waar LOFAR momenteel wordt ontwikkeld. “Dit is inderdaad een ongewone combinatie, waarbij kernfysici en radioastronomen samenwerken om een uniek en zeer origineel natuurkundig astrodeeltjesexperiment tot stand te brengen”, verklaart dr. Anton Zensus, directeur van het Max Planck Instituut voor Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, waar het initiatief werd genomen tot het experiment. “Het plaveit de weg voor nieuwe detectiemethoden voor deeltjesfysica en toont eveneens aan welke adembenemende mogelijkheden de nieuwe generatie telescopen zoals LOFAR en in later instantie het Square Kilometre Array (SKA) hebben. Plots komen belangrijke internationale experimenten in verschillende wetenschappelijke disciplines bij elkaar.” De astrofysici willen als volgende stap het komende LOFAR-array in Nederland en Duitsland voor onderzoek naar kosmische straling gebruiken en LOFAR-achtige radioantennes bij het enorm uitgebreide experiment naar kosmische straling, genaamd “AUGER”, in Argentinië inzetten. De groep hoopt de nieuwe techniek te kunnen toepassen voor de detectie en het
begrijpen van de aard van de ultrahoge energetische kosmische straling en daarenboven ook de ongrijpbare ultrahoge energetische neutrino’s te kunnen detecteren. De ontdekking is deels bevestigd door een Franse groep die hiertoe de grote radiotelescoop van het Parijse observatorium te Nançay heeft gebruikt. Vanuit historisch perspectief dateert het onderzoek naar radioemissie van kosmische straling uit de late jaren ’60. In die tijd werden de eerste claims gelegd dat deze straling werd gedetecteerd. Met de toenmalige stand van de technologie kon echter geen bruikbare informatie worden verzameld, zodat het onderzoek al vlug gestaakt werd en er twijfels rezen rondom de resultaten. De belangrijkste tekortkomingen waren het gebrek aan mogelijkheden tot visualisatie, de lage tijdsresolutie en het gebrek aan een goed-gekalibreerde detector-array. Al deze tekortkomingen zijn met het LOPES-experiment overwonnen.
Achtergrondinformatie: Heino Falcke is de woordvoerder van het LOPES-samenwerkingsverband. Hij ving met het experiment aan als staflid van het Max-Planck Instituut voor Radioastronomie (MPIfR), waaraan hij nog steeds als gastwetenschapper is verbonden. Hij is nu bijzonder hoogleraar aan de Radboud Universiteit van Nijmengen en internationaal projectwetenschapper van de LOFAR radiotelescoop bij het onderzoeksinstituut voor radioastronomie ASTRON te Dwingeloo (NL).
Tim Huege en Andreas Horneffer waren doctoraalstudenten aan de International Max-Planck Research School in Bonn (D). Huege is nu een postdoc bij het Forschungszentrum Karls ruhe (D). Andreas Haungs is werkzaam bij het instituut voor nuclaire fysica (IK) van het Forschungszentrum Karlsruhe, woordvoerder van het KASCADE Grande-experiment en voorzitter van de LOPES-stuurcommissie. LOPES is een samenwerkingsverband tussen ASTRON (Astronomisch Onderzoek in Nederland, Dwingeloo, Nederland), het Max-Planck Institut für Radioastronomie (Bonn, Duitsland ), de Radboud Universiteit Nijmegen, het Forschungszentrum Karlsruhe (Duitsland) en het KASCADE Grande samenwerkingsverband. Het KASCADE Grande samenwerkingsverband bestaat uit groepen uit Duitsland, Polen, Roemenië en Italië. Bron: Falcke et al. 2005, Nature, May 19 issue, “Detection and localization of atmospheric radio flashes from cosmic ray air showers”
Afbeeldingen:
Pyramidevormige antennes van het LOPES-experiment die zijn opgesteld binnen het KASCADE-array, bestaande uit meer dan 250 huisjes met een deeltjesdetector.
Film:
falcke_2005_02_01543_Supplementary Video 1.mpg
De afbeelding toont een valse-kleur radiokaart van een gedeelte van de lage- frequentie radiohemel boven het LOPES-experiment ten tijde va n de inslag van de kosmische straling. De heldere bol in het midden van de afbeelding is de radioflits. De hemelcoördinaten zijn met groene lijnen aangeduid. De hiermee geassocieerde film toont een tijdspanne van ééntiende microseconde voor en na deze gebeurtenis. De radioflits licht op gedurende ongeveer 30 nanoseconden.
Contact: - Prof. Dr. Heino Falcke (ASTRON/Radboud Univ. Nijmegen), Mobiel nummer: +31 6 51433474,
[email protected] - Prof. Jan Kuijpers, Radboud Univ. Nijmegen, +31 24 365 2080,
[email protected] De publicatie en de aanvullende resultaten worden gepresenteerd tijdens de wetenschapworkshop van DESY, Zeuthen (nabij Berlijn), 17 – 19 mei, waarbij de bovenstaande contactpersoon aanwezig zal zijn. Audio clip: theevent-zoom.au Het geluidsfragment is vervaardigd uit de gebeurtenis van een helder kosmisch deeltje. De digitaal opgenomen radiogolven zijn kunstmatig met factor 10.000 vertraagd en in geluidsgolven geconverteerd. De fluittoon op de achtergrond is een televisiezender op afstand die op 62 MHz opereert. De impact van he kosmische deeltje kan akoestisch als een kloppend geluid in het centrum van de stroom worden waargenomen. Webpagina’s: Het LOPES-experiment: http://www.lopes-project.org Het KASCADE Grande-experiment: http://www-ik.fzk.de/KASCADE-Grande/ Het LOFAR-project: http://www.lofar.nl Het AUGER-experiment: http://www.auger.de/ Astrodeeltjesfysica in Nederland: www.astroparticlephysics.nl ASTRON: www.astron.nl Afdeling Sterrenkunde, Radboud Universiteit Nijmegen: http://www.astro.ru.nl/
OPMERKING: Embargo: Er rust een embargo op de inhoud van dit persbericht en de publicaties tot 18:00 London time / 13:00 US Eastern Time op 18 Mei 2005, de dag voorafgaand aan publicatie!
