Sommige deeltjes zijn raar. Het Amaterasu-deeltje treft de aarde in Utah in 2021 met voldoende kracht om te wedijveren met een honkbal dat met professionele snelheden wordt gegooid. Het komt uit het niets.
Goed. Nergens precies. Een gigantische kosmische leegte. Een leeg stukje lucht waar niets interessants zou moeten gebeuren. Maar hier komt dit monster. Vernoemd naar een zonnegodin. Want waarom niet?
We jagen al zestig jaar op deze geesten.
IJzer snijdt niet
De standaardtheorie zegt dat kosmische straling met ultrahoge energie afkomstig is van protonen of licht. Protonen zijn taai, maar ze geven snel energie af. Ze vertragen over de enorme afstanden van de intergalactische ruimte als een sprinter die tegenwind tegenkomt. Als je er één op aarde ziet, komt deze waarschijnlijk niet van ver weg. Of het begon veel, veel sneller dan we voor mogelijk hielden.
Het Amaterasu-evenement doorbreekt de standaard. De energie ervan is vergelijkbaar met het beroemde Oh-My-God-deeltje uit 1991. Tweehonderdveertig exa-elektronvolt. Dat is geen getal dat je hersenen gemakkelijk verwerken. Het is ongeveer tien miljoen keer sterker dan de Large Hadron Collider.
Dus wat is het?
Onderzoekers van Penn State denken dat het misschien helemaal geen proton is. Misschien is het zwaar. Veel zwaarder dan ijzer.
‘Kosmische straling met ultrahoge energie verliest langzamer energie als het ultrazware kernen zijn’, zegt Kohta Murase, leider van het team.
Dat klinkt contra-intuïtief. Zware dingen zouden moeilijker te versnellen moeten zijn. Maar ze berijden de kosmische leegten ook anders. Ze houden hun energie langer vast. Ze kunnen de reis overleven. Een zware kogel behoudt zijn snelheid beter dan een veer.
De simulatiekloof
Om dit te controleren, voerden ze simulaties uit. Computers die zich door intergalactische reistijden en energieverval heen worstelen. De wiskunde wijst naar kernen met massa’s ver boven het periodiek systeem. Dingen die we zelden rondvliegen.
Als dit waar is, verandert de zoektocht naar de oorsprong volledig. We zoeken naar plaatsen waar zware materie kan worden geslingerd, niet alleen lichtgewicht ionen.
Waar haal je dat?
Fusies van neutronensterren. Dubbelsterren sterven samen in een flits. Of massieve sterren die met extreem magnetisme instorten tot zwarte gaten. Deze zijn gewelddadig. Explosief. Perfecte versnellers.
Maar wacht. De richting Amaterasu vertoont een leegte. Geen ster. Geen fusie. Gewoon… donkere ruimte.
Dat is de kicker. Ofwel is de bron verborgen achter iets anders. Of de magnetische velden in de ruimte hebben het pad van het deeltje zo ernstig verbogen dat de naald op de kaart helemaal naar de verkeerde plek wijst.
Toekomstgericht kijken
Dit lost niet alles op. Het is geen nette doos met een strik. Er staat alleen: controleer de zware dingen. Toekomstige telescopen zoals AugerPrime in Argentinië zullen op deze compositie jagen. Ze zullen zoeken naar verschillen in de noordelijke en zuidelijke hemelspectra.
Als de hemel vol zware kernen zit, wordt ons begrip van de hoge-energiefysica herschreven. We dachten dat we de limiet kenden van door mensen gemaakte versnellers. De natuur lacht. Het verpakt de kinetische energie van een tennisbal in een stipje dat kleiner is dan je wimper en vuurt het op ons af vanaf miljarden lichtjaren afstand.
Wie had gedacht dat leegte zo luid kon zijn?
De deeltjes blijven komen. De detectoren wachten. Wij blijven raden.
