Er kunnen meteoren zijn die met een fractie van de lichtsnelheid reizen wanneer ze de atmosfeer raken
Het is geen geheim dat planeet Aarde af en toe wordt begroet door rotsen uit de ruimte die ofwel exploderen in onze atmosfeer of inslaan op het oppervlak. Bovendien ervaart onze planeet regelmatig meteorenregens wanneer haar baan ervoor zorgt dat ze door puinwolken in het zonnestelsel gaat. Er is echter ook vastgesteld dat de aarde regelmatig wordt gebombardeerd door objecten die klein genoeg zijn om onopgemerkt te blijven - ongeveer 1 mm groot.
Volgens een nieuwe studie van Harvard-astronomen Amir Siraj en Prof. Abraham Loeb , is het mogelijk dat de atmosfeer van de aarde wordt gebombardeerd door grotere meteoren - 1 mm tot 10 cm (0,04 tot 4 inch) - die extreem snel zijn. Deze meteoren, zo stellen ze, zouden het resultaat kunnen zijn van nabije supernova's die ervoor zorgen dat deeltjes worden versneld tot subrelativistische of zelfs relativistische snelheden - enkele duizenden keren de snelheid van het geluid tot een fractie van de snelheid van het licht.
Hun studie, getiteld “ Observationele handtekeningen van subrelativistische meteoren “, verscheen onlangs online en wordt overwogen voor publicatie in deAstrofysisch tijdschrift. Hun werk behandelt een voortdurend mysterie in de astrofysica, namelijk of de ejecta die door een supernova wordt gecreëerd, kan worden versneld tot relativistische snelheden en door het interstellaire medium kan reizen om de atmosfeer van de aarde te bereiken.
Artist's concept van de meteoriet die de atmosfeer van de aarde binnendringt. Krediet: Universiteit van Oxford
Het bestaan van dit soort meteoren, die een diameter van ongeveer 1 mm zouden hebben, is in het verleden door verschillende astronomen voorgesteld (zoals Lyman Spitzer en Satio Hayakawa). De vraag of ze de reis door de interstellaire ruimte zouden kunnen overleven, is ook uitgebreid bestudeerd. Zoals Siraj via e-mail aan Universe Today heeft uitgelegd:
“Empirisch bewijs geeft aan dat in het verleden ten minste één supernova zware elementen op aarde heeft doen regenen. Van supernova's is bekend dat ze aanzienlijke hoeveelheden stof afgeven bij subrelativistische snelheden. We zien ook bewijs van klonterigheid of 'kogels' in supernova-ejecta. De massafractie in kleine klompjes is onbekend, maar als slechts 0,01% van de stofuitstoot zich bevindt in objecten van millimeters of groter, zouden we verwachten dat er elke maand een in de atmosfeer van de aarde verschijnt als een subrelativistische meteoor (op basis van over de snelheid van supernova's in het Melkwegstelsel).'
Ondanks een degelijke theoretische basis, blijft de vraag of meteoren groter dan een stofkorrel de atmosfeer van de aarde binnenkomen met subrelativistische of relativistische snelheden. Dit zouden meteoren zijn met een diameter van 1 mm (0,04 inch), 1 cm (0,4 inch) of 10 cm (4 inch). Veel van het probleem heeft te maken met onze huidige zoekmethode, die simpelweg niet is ingesteld om naar dit soort objecten te zoeken.
'Meteoren reizen meestal in de buurt van 0,01% van de snelheid van het licht', zei Siraj. “Daarom zijn huidige zoekopdrachten afgestemd op het vinden van signalen van objecten die met die snelheid bewegen. Meteoren van supernova's zouden honderd keer sneller reizen (ongeveer 1% van het snelheidslicht), en dus zouden hun signalen aanzienlijk verschillen van typische meteoren, waardoor ze gemakkelijk over het hoofd worden gezien door huidige onderzoeken.'
Meteoren zijn stukjes komeet- en asteroïde-afval die in de atmosfeer terechtkomen en in een flits opbranden. Krediet: Jimmy Westlake
Voor hun studie ontwikkelden Siraj en Loeb een hydrodynamisch en stralingsmodel om de evolutie te volgen van hete plasmacilinders die het resultaat zijn van subrelativistische meteoren die door onze atmosfeer gaan. Hieruit konden ze berekenen wat voor soort signalen zouden worden geproduceerd, en zo een indicatie geven van waar astronomen op moeten letten. Zoals Siraj uitlegde:
'We ontdekken dat een subrelativistische meteoor een schokgolf zou veroorzaken die door een microfoon zou kunnen worden opgevangen, en ook een heldere flits van straling die zichtbaar is in optische golflengten - beide duren ongeveer een tiende van een milliseconde. Voor meteoren zo klein als 1 mm zou een kleine optische detector (1 vierkante centimeter) gemakkelijk de lichtflits tot aan de horizon kunnen detecteren.
Met dit in gedachten gingen Siraj en Loeb verder met het schetsen van het soort infrastructuur waarmee astronomen het bestaan van deze objecten zouden kunnen bevestigen en bestuderen. Nieuwe onderzoeken zouden bijvoorbeeld infrageluidmicrofoons en optisch-infraroodinstrumenten kunnen bevatten die de akoestische handtekening en optische flitsen zouden kunnen detecteren die worden gecreëerd door deze objecten die onze atmosfeer binnenkomen en de resulterende explosies.
Op basis van hun berekeningen bevelen ze aan dat een wereldwijd netwerk van ongeveer 600 detectoren met volledige dekking een paar van dit soort meteoren per jaar zou kunnen detecteren. Er is ook de mogelijkheid om in bestaande gegevens te zoeken naar tekenen van subrelativistische en relativistische meteoren. Last but not least is er de mogelijkheid om met behulp van bestaande infrastructuur te zoeken naar tekens van deze objecten.
Kaart met locatie en energie van meteoorexplosies gedetecteerd door CNEOS. Krediet: NASA/CNEOS
Een goed voorbeeld hiervan, legde Siraj uit, is te vinden in NASA's Centrum voor Onderzoek naar Near-Earth Object (CNEOS) netwerk en database:
Daarnaast merken we op dat het wereldwijde geclassificeerde netwerk van sensoren van de Amerikaanse overheid (inclusief microfoons en optische detectoren) dat de CNEOS Fireball en Bolide-database waarschijnlijk een capabele bestaande infrastructuur omvat. We dringen er bij de Amerikaanse regering op aan om bredere delen van de CNEOS-gegevens vrij te geven, zodat wetenschappers naar subrelativistische meteoren kunnen zoeken zonder meer belastinggeld uit te geven om een nieuw wereldwijd netwerk te ontwikkelen - waarvan er al een in bedrijf is!
De beloning hiervoor zou niets minder zijn dan het vermogen om een geheel nieuwe reeks objecten te bestuderen die regelmatig interageren met de atmosfeer van de aarde. Het zou ook een nieuw perspectief bieden op de studie van supernova's door astronomen in staat te stellen belangrijke beperkingen op te leggen aan de ejecta die ze produceren. Met dit in gedachten lijkt een goedkoop, wereldwijd netwerk van all-sky camera's de investering zeker waard!
Verder lezen: arXiv