Jaarboek no. 89. 2010/2011 - Koninklijke Maatschappij voor ...

Figuur 4
Artist impression van
het cascade-proces
waarin vele secundaire
deeltjes geproduceerd
worden in de
atmosfeer.
De stroom geladen deeltjes beweegt door het
aardmagnetisch veld en wordt hierdoor afgebogen,
wat een korte puls van synchrotron-straling in
radiofrequenties oplevert. Deze puls kan door een
LOFAR-station opgevangen worden.
De energie per deeltje kan oplopen tot boven
1020 eV, wat overeenkomt met ca. 10 Joule. Deze
bewegingsenergie is vergelijkbaar met die van een
tennisbal, geslagen door een profspeler – maar dan
geconcentreerd in een enkele atoomkern! Dit zijn
de hoogst (bekende) energetische deeltjes in het
heelal.
Deze energieniveaus liggen ver boven het bereik
van deeltjesversnellers als CERN, en er zijn dan ook
diverse open vragen over deze straling. Zo is niet
voldoende bekend om wat voor deeltjes het gaat
(dit kan varieren van protonen tot ijzerkernen of evt.
neutrino’s), en hoe deze precies versneld worden tot
deze hoge energie.
Een belangrijke vraag is waar de kosmische deeltjes
vandaan komen; tot energieniveaus van 1015 tot
1017 eV kunnen ze afkomstig zijn uit de Melkweg,
waar bijvoorbeeld deeltjes versneld kunnen worden
door schokgolven van supernova-explosies. Voor
deeltjes van hogere energie is niet bekend waar ze
vandaan komen. Wel weten we dat de magneetvel-
Natuurkundige voordrachten I Nieuwe reeks 89
LOFAR: op zoek naar de snelste deeltjes in het heelal vanaf Drentse terpen
den in de Melkweg onvoldoende sterk zijn om deze
ver van hun oorspronkelijke baan af te buigen. Desondanks
is in de aankomstrichtingen geen voorkeur
gevonden voor het vlak van de Melkweg; daarom
wordt gedacht dat deze van buiten de Melkweg
afkomstig zijn. De productie-mechanismen moeten
hier ook anders zijn. Voor de allerhoogste energie
zijn er hints dat deze van specifieke bronnen
komen, zoals het radiomelkwegstelsel Centaurus A.
LOFAR kan deeltjes waarnemen vanaf 1016 tot
iets boven 1018 eV, waarbij de bovengrens gegeven
wordt door het effectieve oppervlak van LOFAR
(deeltjes bij hogere energie zijn erg zeldzaam).
Dit energiegebied omvat dus de overgang van
galactische naar extra-galactische kosmische straling.
Naast bepaling van de energie is de bepaling
van het soort deeltje hierbij belangrijk, aangezien
massieve kernen sterker afgebogen worden door
magneetvelden; iets wat een rol speelt zowel bij de
productie als bij hun weg naar de aarde.
De radiodetectie met LOFAR is een relatief nieuwe
techniek, die zich bewezen heeft in de LOFAR-voorloper
LOPES. Deze levert informatie complementair
aan bestaande experimenten, met name het Pierre
Auger-project in Argentinie. Hier staat een groot
aantal deeltjes-detectors en enkele fluorescentie-
105