Onze moederster blijkt veel krachtigere gammastraling uit te zenden dan gedacht. Deze gammastralen hebben een energie van ongeveer 1 tera elektronvolt (!), wat ons begrip van de zon op z’n kop zet.
Astronomen dachten onderhand een goed beeld te hebben van onze zon. Maar een nieuwe studie laat ons zien dat er nog genoeg te leren valt. Met behulp van een unieke telescoop hebben onderzoekers namelijk recordbrekend fel licht gedetecteerd. “De zon heeft ons verrast,” zegt onderzoeker Mehr Un Nisa. “We dachten dat we deze ster begrepen, maar dat is blijkbaar niet het geval.”
Energie
De zon straalt veel verschillende krachtige energieën uit. Een deel hiervan is te zien in zichtbaar licht. Deze vorm van licht heeft een energie van ongeveer 1 elektronvolt. In de jaren negentig van de vorige eeuw voorspelden wetenschappers echter dat de zon ook nog krachtigere energieën, zoals gammastraling (onzichtbare elektromagnetische straling met een hogere energie dan ultraviolet licht en röntgenstraling) zou kunnen produceren.
Gammastraling
Gammastraling ontstaat wanneer hoogenergetische kosmische straling – deeltjes die worden versneld door een kosmische krachtpatser zoals een zwart gat of supernova – op het oppervlak van de zon afstevenen en vervolgens worden rondgedraaid door het magnetisch veld. Terwijl deze deeltjes van het zonne-oppervlak wegvliegen, interageren ze met gas in de zonneatmosfeer. En zo wordt er gammastraling gecreëerd. Op basis van wat hierover bekend was, veronderstelden onderzoekers dat slechts in zeldzame gevallen deze gammastralen de aarde zouden bereiken. In de jaren negentig van de vorige eeuw bestonden er echter nog geen instrumenten die dergelijke hoogenergetische gammastraling konden detecteren – en dat zou voorlopig ook niet het geval zijn.
Eerste waarneming
De eerste waarneming van hoogenergetische gammastraling (van meer dan een miljard elektronvolt) gebeurde in 2011, met behulp van NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope. In de loop van de volgende jaren toonde de Fermi-missie aan dat deze stralen niet alleen bijzonder energiek kunnen zijn, maar ook dat er ongeveer zeven keer meer van zijn dan wetenschappers oorspronkelijk hadden verwacht. En het leek erop dat er nóg meer gammastralen te ontdekken waren, bij nog hogere energieën.
Watertank-telescoop
Om daar meer over te weten te komen, wendde een onderzoeksgroep zich tot de High Altitude Water Cherenkov Observatory (kortweg HAWC). Deze ‘watertank-telescoop’ werkt niet alleen anders dan conventionele telescopen, maar ziet er ook nog eens heel anders uit. In plaats van een buis met glazen lenzen, bestaat HAWC uit een netwerk van 300 grote watertanks, elk gevuld met ongeveer 200 ton water. De telescoop is gelegen tussen twee slapende vulkanen in Mexico, meer dan 4.000 meter boven de zeespiegel.
Botsingen
Vanaf deze afgelegen plek kunnen onderzoekers de nasleep waarnemen van gammastraling die botst met de lucht in de atmosfeer. Dergelijke botsingen lijken een beetje op deeltjesexplosies die met het blote oog niet waarneembaar zijn. Maar wanneer de deeltjes interageren met water in de tanks van HAWC, creëren ze zogenoemde Cherenkov-straling, die wél kan worden gedetecteerd met de instrumenten van het observatorium.
Ontdekking
De onderzoekers begonnen in 2015 met het verzamelen van data. En in 2021 beschikte het team over voldoende gegevens om de gammastraling van de zon nauwkeurig te kunnen bestuderen. Na analyse stond het team versteld. De gammastralen die ze namelijk waarnamen, hadden een energie van ongeveer 1 biljoen elektronvolt, of 1 tera elektronvolt (afgekort 1 TeV). Dit betekent dat de zon veel helderder licht afgeeft dan gedacht. Bovendien waren deze gammastralen ook nog eens overvloediger aanwezig dan dat astronomen voor mogelijk hadden gehouden. “Na zes jaar gegevens te hebben verzameld, kwam deze grote hoeveelheid gammastraling tevoorschijn,” zegt Nisa. “Toen we het voor het eerst zagen, konden we onze ogen niet geloven. We dachten dat we het verprutst hadden. De zon kan toch niet zo helder zijn?”
Hoogste energie
Toch lijken de resultaten te kloppen. Dit betekent dat de onderzoekers de hoogste energie afkomstig van de zon ooit hebben gemeten. Blijkbaar strekken de energieën van de zonnestralen zich uit tot het TeV-bereik, tot bijna 10 TeV. “Dit lijkt het maximum te zijn,” aldus Nisa. Dat de flux veel hoger is dan gedacht, is opmerkelijk. Dit geeft namelijk aan dat er door middel van interacties tussen kosmische straling en de zonneatmosfeer op verrassend efficiënt wijze gammastralen kunnen worden geproduceerd.
De ontdekking van Nisa en haar collega’s is baanbrekend, omdat het niet alleen het bestaan van hoogenergetische gammastralen van de zon bevestigt, maar ook ons begrip van het gedrag van de zon uitdaagt. Momenteel roept de ontdekking echter meer vragen op dan dat het antwoorden geeft. De volgende stap is om uit te zoeken hoe deze recordbrekende hoogenergetische gammastralen precies ontstaan en welke rol het magnetische veld van de zon hierbij speelt. “Onze studie breidt onze kennis over het heelal uit, maar roept tegelijkertijd ook nieuwe vragen op over onze eigen zon,” zegt Nisa. “Het zet dingen in een nieuw licht. Letterlijk.”
