Gammastraling: de sterkste straling in het heelal

Zo ziet de gammastralingshemel eruit zoals gezien door NASA's Fermi-telescoop. Alle heldere bronnen zenden gammastraling uit met een sterkte van meer dan 1 GeV (giga-elektron-volt). Krediet: NASA/DOE/Fermi LAT-samenwerking

Iedereen heeft wel eens gehoord van het elektromagnetische spectrum. Het is een verzameling van alle golflengten en frequenties van licht, van radio en magnetron tot ultraviolet en gamma. Het licht dat we zien wordt het 'zichtbare' deel van het spectrum genoemd. De rest van de frequenties en golven zijn onzichtbaar voor onze ogen, maar detecteerbaar met speciale instrumenten.

Gammastraling is het meest energetische deel van het spectrum. Ze hebben de kortste golflengten en de hoogste frequenties. Deze eigenschappen maken ze extreem gevaarlijk voor het leven, maar ze vertellen astronomen ook dat kavel over de objecten die ze uitzenden in het universum. Gammastraling komt op aarde voor, ontstaan ​​wanneer kosmische stralen onze atmosfeer raken en interageren met de gasmoleculen. Ze zijn ook een bijproduct van het verval van radioactieve elementen, met name bij kernexplosies en in kernreactoren.

Gammastraling is niet altijd een dodelijke bedreiging: in de geneeskunde worden ze onder meer gebruikt om kanker te behandelen. Er zijn echter kosmische bronnen van deze dodelijke fotonen, en voor de langste tijd bleven ze een mysterie voor astronomen. Dat bleven ze totdat er telescopen werden gebouwd die deze hoge-energetische emissies konden detecteren en bestuderen.

Kosmische bronnen van gammastraling

Tegenwoordig weten we veel meer over deze straling en waar deze vandaan komt in het heelal. Astronomen detecteren deze stralen van extreem energetische activiteiten en objecten zoals:supernova-explosies, neutronensterren , en interacties tussen zwarte gaten . Deze zijn moeilijk te bestuderen vanwege de hoge energieën die ermee gemoeid zijn, ze zijn soms erg helder in 'zichtbaar' licht en het feit dat onze atmosfeer ons beschermt tegen de meeste gammastraling. Om deze activiteiten goed te 'zien', sturen astronomen gespecialiseerde instrumenten de ruimte in, zodat ze de gammastralen kunnen 'zien' van hoog boven de beschermende luchtdeken van de aarde. NASA's baan Snel satelliet en de Fermi Gamma-ray Telescoop behoren tot de instrumenten die astronomen momenteel gebruiken om deze straling te detecteren en te bestuderen.

Gammastraaluitbarstingen

In de afgelopen decennia hebben astronomen extreem sterke uitbarstingen van gammastraling gedetecteerd vanaf verschillende punten aan de hemel. Met 'lang' bedoelen astronomen slechts enkele seconden tot enkele minuten. Hun afstanden, variërend van miljoenen tot miljarden lichtjaren verwijderd, geven echter aan dat deze objecten en gebeurtenissen heel helder moeten zijn om vanuit het hele universum te kunnen worden gezien.

De zogenaamde 'gammastraaluitbarstingen' zijn de meest energieke en helderste gebeurtenissen die ooit zijn geregistreerd. Ze kunnen in slechts een paar seconden enorme hoeveelheden energie uitzenden - meer dan de zon gedurende zijn hele bestaan ​​zal vrijgeven. Tot voor kort konden astronomen alleen speculeren over de oorzaak van zulke enorme explosies. Recente waarnemingen hebben hen echter geholpen de bronnen van deze gebeurtenissen op te sporen. Bijvoorbeeld de Snel satelliet detecteerde een gammaflits die voortkwam uit de geboorte van een zwart gat dat meer dan 12 miljard lichtjaar van de aarde verwijderd was. Dat is heel vroeg in de geschiedenis van het heelal.

Er zijn kortere uitbarstingen, minder dan twee seconden lang, die jarenlang een mysterie waren. Uiteindelijk hebben astronomen deze gebeurtenissen gekoppeld aan activiteiten die 'kilonovae' worden genoemd en die plaatsvinden wanneer twee neutronensterren of een neutronenster of een zwart gat samensmelten. Op het moment van de fusie geven ze korte uitbarstingen van gammastraling af. Ze kunnen ook zwaartekrachtgolven uitzenden.

De geschiedenis van gammastraling-astronomie

Gamma-astronomie begon tijdens de Koude Oorlog. Gammastraaluitbarstingen (GRB's) werden voor het eerst gedetecteerd in de jaren zestig door de Kaars vloot van satellieten. In het begin waren mensen bang dat het tekenen waren van een nucleaire aanval. In de daaropvolgende decennia begonnen astronomen de bronnen van deze mysterieuze, uiterst precieze explosies op te sporen door te zoeken naar optische lichtsignalen (zichtbaar licht) en in ultraviolet, röntgenstraling en signalen. De lancering van de Compton Gamma Ray Observatorium in 1991 bracht de zoektocht naar kosmische bronnen van gammastraling naar nieuwe hoogten. Zijn waarnemingen toonden aan dat GRB's overal in het heelal voorkomen en niet noodzakelijkerwijs in ons eigen Melkwegstelsel.

Sinds die tijd is de BeppoSAX observatorium, gelanceerd door de Italiaanse Ruimtevaartorganisatie, evenals de Hoogenergetische voorbijgaande ontdekkingsreiziger (gelanceerd door NASA) zijn gebruikt om GRB's te detecteren. De Europese ruimtevaartorganisatie INTEGRAAL missie deed mee aan de jacht in 2002. Meer recentelijk heeft de Fermi Gamma-ray Telescope de hemel onderzocht en gammastralingstralers in kaart gebracht.

De behoefte aan snelle detectie van GRB's is de sleutel tot het opsporen van de hoogenergetische gebeurtenissen die deze veroorzaken. Om te beginnen sterven de zeer korte burst-gebeurtenissen zeer snel uit, waardoor het moeilijk is om de bron te achterhalen. Röntgensatellieten kunnen de jacht oppakken (omdat er meestal een verwante röntgenstraling is). Om astronomen te helpen snel een GRB-bron te vinden, stuurt het Gamma Ray Bursts Coordinates Network onmiddellijk meldingen naar wetenschappers en instellingen die betrokken zijn bij het bestuderen van deze uitbarstingen. Op die manier kunnen ze onmiddellijk vervolgwaarnemingen plannen met behulp van op de grond en in de ruimte gebaseerde optische, radio- en röntgenobservatoria.

Naarmate astronomen meer van deze uitbarstingen bestuderen, zullen ze een beter begrip krijgen van de zeer energetische activiteiten die ze veroorzaken. Het universum is gevuld met bronnen van GRB's, dus wat ze leren, zal ons ook meer vertellen over de hoogenergetische kosmos.

Snelle feiten

• Gammastraling is het meest energetische type straling dat bekend is. Ze worden afgegeven door zeer energetische objecten en processen in het universum.
• Gammastralen kunnen ook in het laboratorium worden gemaakt en dit type straling wordt in sommige medische toepassingen gebruikt.
• Gamma-astronomie wordt gedaan met in een baan om de aarde draaiende satellieten die ze kunnen detecteren zonder interferentie van de atmosfeer van de aarde.