Analyse van gegevens van een lightning mapper en een kleine, draagbare stralingsdetector heeft onverwacht licht geworpen op hoe een gammastraaluitbarsting van bliksem eruit zou kunnen zien - door neutronen te observeren die uit de bodem worden gegenereerd door zeer grote kosmische stralenregens. Het werk vond plaats in het High Altitude Water Cherenkov (HAWC) Cosmic Ray Observatory in Mexico.

"Dit was een toevallige ontdekking, " zei Greg Bowers, een wetenschapper bij Los Alamos National Laboratory en hoofdauteur van de studie gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven . "We hebben dit systeem opgezet om terrestrische gammaflitsen - of gammaflitsen van bliksem - te bestuderen die typisch zo helder zijn dat je ze vanuit de ruimte kunt zien. Het idee was dat HAWC gevoelig zou zijn voor de gammaflitsen, dus hebben we een Lightning Mapper geïnstalleerd om de anatomie van de bliksemontwikkeling vast te leggen en de bliksemprocessen die ze produceren te lokaliseren."

Het team, waaronder Xuan-Min Shao en Brenda Dingus, ook uit Los Alamos, gebruik gemaakt van een kleine handbediende deeltjesdetector, in de verwachting dat een terrestrische gammaflits een duidelijk gammastraalsignaal zou genereren in de kleine deeltjesdetector.

"Ons systeem heeft bijna twee jaar gedraaid, en we zagen veel bliksem, " zei Bowers. Maar tijdens die stormen, ze hebben niets waargenomen dat leek op terrestrische gammaflitsen. "We deden, echter, zie grote uitbarstingen van de telling tijdens helder, dagen met mooi weer, waardoor we ons op het hoofd krabden."

HAWC-gegevens verzameld tijdens deze tijden toonden aan dat, in elk geval, de grote reeks die HAWC omvat, was overweldigd door extreem grote kosmische stralingsregens - zo groot dat de Los Alamos-onderzoekers hun grootte niet konden inschatten.

David Smith, een medewerker van UC Santa Cruz, ontdekte dat deze uitbarstingen bij mooi weer eerder waren waargenomen door wetenschappers in Rusland, die ze 'neutronenuitbarstingen' noemde, " en stelde vast dat ze het resultaat waren van neutronenproductie in de bodem rond het inslagpunt van kosmische stralingsdouchekernen.

Eerder werk dat deze gebeurtenissen simuleerde, had alleen rekening gehouden met hadronen - een soort subatomair deeltje - in de kern van de buien. Naast hadronen en andere deeltjes, kosmische straling douche kernen bevatten ook veel gammastraling.

Voor dit werk, Willem Blaine, ook van Los Alamos, gesimuleerde grote kosmische stralen, en omvatte zowel hadronen als gammastralen. "We waren in staat om onze waarnemingen te matchen met de simulaties, " zei Bowers. "We ontdekten dat de gammastralen hetzelfde type neutronenuitbarsting produceren als de hadronen."

Deze studie suggereert dat alle natuurlijke fenomenen die een bundel gammastralen produceren die naar de grond gericht zijn (zoals neerwaartse terrestrische gammaflitsen), zou een vergelijkbare "neutronenburst"-signatuur kunnen produceren. Dit is belangrijk voor toekomstige modelleringsinspanningen voor terrestrische gammaflitsobservatie.

"Het vertelt ons dat je niet zomaar de gammastralen kunt modelleren die je detector raken, je moet ook rekening houden met de neutronenuitbarsting die in de buurt plaatsvindt, ' zei Bowers.

Het HAWC-observatorium bestaat uit een reeks met water gevulde tanks hoog op de flanken van de Sierra Negra-vulkaan in Puebla, Mexico, waar de dunne atmosfeer betere omstandigheden biedt voor het waarnemen van gammastraling. Wanneer gammastralen moleculen in de atmosfeer treffen, produceren ze buien van energetische deeltjes. Wanneer sommige van die deeltjes het water in de HAWC-detectortanks raken, ze produceren lichtflitsen die Cherenkov-straling worden genoemd. Door deze Cherenkov-flitsen te bestuderen, onderzoekers reconstrueren de bronnen van de buien om meer te weten te komen over de deeltjes die ze hebben veroorzaakt.