Macroscopic modelling of radio emission from ultra-high-energy-cosmic-ray-induced air showers

Promotie: dhr. K.D. de Vries, 12.45 uur, Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Macroscopic modelling of radio emission from ultra-high-energy-cosmic-ray-induced air showers

Promotor(s): prof.dr. O. Scholten, prof.dr. K. Werner

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

Computermodel geeft meer inzicht in de aard van kosmische straling

De aarde wordt dagelijks vanuit de ruimte gebombardeerd door kosmische deeltjes met extreem hoge energieën. Als zo’n deeltje botst in onze atmosfeer ontstaat een lawine van secundaire deeltjes, die zich met ongeveer de snelheid van het licht richting aarde bewegen.

Door een netto overschot aan elektronen in combinatie met de afbuiging van elektronen en positronen in het aardmagneetveld, ontstaat een elektrische stroom in de deeltjeslawine. Tijdsvariatie van deze stroom zorgt ervoor dat radiostraling wordt uitgezonden. In het proefschrift wordt getracht om die zo realistisch mogelijk te berekenen. Om dat te bereiken worden relativistische effecten, zoals het Cherenkov-effect dat ontstaat door de luchtdichtheid in de atmosfeer, ingecalculeerd.

Voor het modelleren van de emissie is een computerprogramma ontwikkeld, dat publiekelijk verkrijgbaar is. De berekening maakt gebruik van Monte-Carlo simulaties om de stroom- en ladingsverdeling in de deeltjeslawine te verkrijgen. Deze worden vervolgens gebruikt om de radiostraling te berekenen.

Resultaten van de simulaties laten zien dat het uitgezonden radiosignaal goed gebruikt kan worden om de massa van het oorspronkelijke kosmische deeltje te bepalen. Dit geeft de mogelijkheid om de belangrijke vraag over hun oorsprong te beantwoorden. Ook worden de resultaten van de berekeningen met werkelijke data vergeleken. Dat geeft een sterke aanwijzing voor emissie door het netto elektronoverschot. Het is de eerste keer dat dit wordt aangetoond in een natuurlijk proces.

Krijn de Vries (Oldenzaal, 1985) studeerde natuurkunde in Groningen. Het onderzoek werd uitgevoerd aan het Kernfysisch Versneller Instituut en gefinancierd door FOM. De Vries gaat door als postdoc onderzoeker aan de Vrije Universiteit Brussel.