Het knaagt behoorlijk, bij sommige natuurkundigen: af en toe wordt de aarde geraakt door kosmische deeltjes met een klap die eigenlijk niet kán. De deeltjes in kwestie hebben net zoveel energie als een tennisbal tijdens een doorsnee potje meppen – vandaar hun bijnaam ‘kosmische tennisballen’ – namelijk vijftig exa-elektronvolts. ‘Exa’ staat voor een één met achtien nullen erachter, ofwel een miljoen maal een miljoen maal een miljoen elektronvolt. Volgens Einsteins relativiteitstheorie kan niets sneller bewegen dan het licht. De ultra-energetische deeltjes halen deze theoretische topsnelheid (300.000 kilometer per seconde) net niet, maar het scheelt niet veel: een tienmiljardste van een tienmiljardste procent. Daarbij worden ze, alweer volgens Einsteins recept, vijftig miljard keer zwaarder. Een atoomkern wordt op die manier even zwaar als een bacterie. Er is in de ruimte geen proces bekend, hoe gewelddadig ook, waardoor deeltjes zo opgezweept kunnen worden. Ook met een deeltjesversneller worden zulke extreem energetische deeltjes niet gemaakt. Toch lijkt er nu een bron voor dit kosmisch geweld te zijn gevonden, en wel het grootste meetinstrument voor hoogenergetische deeltjes, het Pierre Auger Southern Observatory in Argentinië. Dat melden meer dan driehonderd auteurs vandaag in het vakblad Science. Sinds juni 2004 zijn in het Auger-observatorium 27 kosmische tennisballen waargenomen, en 21 ervan zijn afkomstig uit de richting van een 'actieve galactische kern' of AGN (active galactic nucleus). Een AGN is een draaiend zwart gat in het midden van een sterrenstelsel. Gas, stof en sterren, worden het gat ingezogen in een kolkende maalstroom, maar een deel ervan van wordt bij de noord- en zuidpool van het zwarte gat juist weggeblazen in de vorm van hete stralen, of 'jets'. Het idee is dat de ultra-energetische deeltjes in die jets hun record-energieën oppikken. De active galactische kern fungeert hier dus als een kosmisch tennisballenkanon. "Definitief concluderen dat de deeltjes daadwerkelijk van AGN's afkomstig zijn, gaat net een stap te ver", vindt Charles Timmermans, natuurkundige aan de Radboud Universiteit in Nijmegen en een van de auteurs. "De bron kan ook iets anders, vlak in de buurt van de AGN's zijn". Veel van die actieve galactische kernen bevinden zich namelijk in het 'supergalactische vlak'. Dat is een gigantische platte structuur in de ruimte waarin sowieso veel sterrenstelsels en materie te vinden zijn, waaronder ook onze eigen melkweg. "Maar de AGN-verklaring is wel veel sterker komen te staan ten opzichte van andere theorieën", zegt Timmermans. Eén van die concurrerende theorieën veronderstelt dat de deeltjes afkomstig zijn van nog onbekende kernfysische processen in donkere materie, een vorm van materie die nog nooit gezien is, en waarvan het bestaan alleen indirect is afgeleid. "Maar dan zouden de deeltjes van veel meer kanten moeten komen, en dat zien we niet", zegt Timmermans. Hij en zijn collega's kregen hun ontdekking niet cadeau. Het Auger-observatorium bestaat uit een batterij van 1600 vaten met water in de pampa's van Argentinië, geordend in een driehoekspatroon met tussenafstanden van 1,5 kilometer, op een landoppervlak iets groter dan de provincie Zuid-Holland. Aan de randen staan vier zeer gevoelige camera's die de hemel in de gaten houden. Het direct betrappen van de ultra-energetische kosmisch deeltje zelf is bijna onmogelijk. Daar zijn ze te zeldzaam voor, met een paar inslagen per vierkante kilometer per millennium. Maar de sporen ervan zijn wel in het Augerobservatorium zien. Als het deeltje op de moleculen in de atmosfeer botst, ontstaat een waterval van miljarden nieuwe deeltjes, die zich als een sproeier over de aarde uitstorten. Zulke 'showers' verraden zich door een vaag lichtspoor, zowel in de lucht als in de tanks van het observatorium. Na bijna vier jaar meten heeft het observatorium ongeveer een miljoen kosmische inslagen gedetecteerd, waarvan enkele tientallen van het kaliber ‘kosmische tennisbal’. Maar dat was genoeg om te zeggen dat ze wel opvallend vaak uit de richting van AGN's afkomstig zijn, ook als is de onzekerheid in de hoek een forse 3 graden. Timmermans, regelmatig in Argentinië te vinden, werkt inmiddels aan een nieuw type detector voor het Auger-observatorium. Daarmee moet de onzekerheid over de oorsprong van de deeltjes teruggebracht worden tot een halve graad. Op die manier wordt de detector langzamerhand een nieuw type telescoop, stellen de onderzoekers aan het eind van hun artikel, een nieuw venster op de ruimte naast de al bestaande kijkers. De publicatie in Science is dan ook nog lang niet het laatste woord over de oorsprong van extreem energetische deeltjes, vindt Timmermans, “eerder het begin”. Betere instrumenten, maar ook langere meetperioden, moeten uitwijzen of de AGN-theorie overeind blijft. "Met een beetje geluk weten we het over een jaar of tien zeker." Het mysterie blijft overigens, want de huidige modellen van AGN's kunnen de extreme energieën van de deeltjes niet verklaren. Timmermans: "Die theorieën stellen dát de jets de deeltjes versnellen, maar we weten niet hoe dat gebeurt. Dat betekent dat theoretici zich maar eens flink achter de oren moeten krabben." Bruno van Wayenburg Meer dan driehonderd auteurs, waaronder C. Timmermans, 'Correlation of the Highest-Energy Cosmic Rays with Nearby Extragalactic Objects', Science, 8 november 2007 In het Teleac-radioprogramma Hoe?Zo! is morgenavond Dr. Ad van den Berg te gast. Hij is de Nederlandse vertegenwoordiger van het Pierre Auger samenwerkingsverband.Uitzending: 9 november 2007, van 21.03 tot 22.00 uur op radio 5.