Bij het zoeken naar planeten en het bestuderen van hun sterren heb ik het voorrecht gehad enkele van 's werelds grootste telescopen te gebruiken. Ons team heeft zich echter onlangs tot een nog groter systeem gewend om de kosmos te bestuderen: de bossen op aarde.
We analyseerden radioactieve handtekeningen die in boomringen over de hele wereld zijn achtergelaten om mysterieuze "stralingsstormen" te bestuderen die de aarde de afgelopen 10,000 jaar ongeveer zes keer hebben overspoeld.
Onze resultaten, onlangs gepubliceerd in Proceedings van de Royal Society A, sluit "zonne-superflares" uit als de boosdoener, maar de ware oorzaak blijft onbekend.
Een geschiedenis geschreven in boomringen
Wanneer hoogenergetische straling de bovenste atmosfeer treft, verandert het stikstofatomen in radioactieve koolstof-14 of radiokoolstof. De radioactieve koolstof filtert vervolgens door de lucht en de oceanen, in sedimenten en moerassen, in jou en mij, in dieren en planten - inclusief hardhout met hun jaarlijkse jaarringen.
Voor archeologen is radiokoolstof een uitkomst. Nadat het is gemaakt, vervalt koolstof-14 langzaam en gestaag terug in stikstof - wat betekent dat het kan worden gebruikt als een klok om de leeftijd van organische monsters te meten, in wat wordt genoemd koolstofdatering.
Voor astronomen is dit even waardevol. Boomringen geven een jaar-op-jaar record van hoogenergetische deeltjes die "kosmische straling" worden genoemd millennia teruggaan.
De magnetische velden van de aarde en de zon beschermen ons tegen kosmische stralen die door de melkweg schieten. Er bereiken meer kosmische stralen de aarde wanneer deze magnetische velden zwakker zijn, en minder wanneer de velden sterker zijn.
Dit betekent dat de stijging en daling van koolstof-14-niveaus in boomringen codeert voor een geschiedenis van: de 11-jarige cyclus van de zonnedynamo (die het magnetische veld van de zon creëert) en de omkeringen van Het magnetisch veld van de aarde.
Miyake-evenementen
Maar boomringen registreren ook gebeurtenissen die we momenteel niet kunnen verklaren. In 2012, de Japanse natuurkundige Fusa Miyake ontdekte een piek in het radiokoolstofgehalte van boomringen vanaf 774 na Christus. Het was zo groot dat er in één keer een aantal gewone jaren aan kosmische straling moet zijn aangekomen.
Naarmate meer teams zich bij de zoektocht hebben aangesloten, is er bewijs gevonden van boomringen van verdere "Miyake-gebeurtenissen": van 993 AD en 663 BC, en prehistorische gebeurtenissen in 5259 BC, 5410 BC en 7176 BC.
Deze hebben al geleid tot een revolutie in de archeologie. Een van deze korte, scherpe punten vinden in een oud monster zet de datum vast op een enkel jaar, in plaats van de decennia of eeuwen van onzekerheid van gewone radiokoolstofdatering.
Onze collega's hebben onder andere gebruik gemaakt van het evenement 993 AD om het exacte jaar te onthullen van de eerste Europese nederzetting in Amerika, het Vikingdorp in L'Anse aux Meadows in Newfoundland: 1021 n.Chr.
Kunnen er opnieuw enorme stralingspulsen optreden?
In de natuurkunde en astronomie blijven deze Miyake-gebeurtenissen een mysterie.
Hoe krijg je zo'n enorme stralingspuls? Een golf van kranten heeft supernova's de schuld gegeven, gammastraaluitbarstingen, explosies van gemagnetiseerde neutronensterreninvestering veilig is en u uw kans vergroot op kometen.
De meest geaccepteerde verklaring is dat Miyake-evenementen 'zonne-supervlammen' zijn. Deze hypothetische uitbarstingen van de zon zouden misschien 50-100 keer krachtiger zijn dan de grootste die in de moderne tijd is geregistreerd, de Carrington-evenement van 1859.
Als een gebeurtenis als deze vandaag zou plaatsvinden, zou dat zo zijn elektriciteitsnetwerken, telecommunicatie en satellieten verwoesten. Als deze willekeurig voorkomen, ongeveer eens in de duizend jaar, is dat een kans van 1 procent per decennium - een serieus risico.
Lawaaierige gegevens
Ons team bij UQ wilde alle beschikbare boomringgegevens doorzoeken en de intensiteit, timing en duur van Miyake-evenementen eruit halen.
Om dit te doen moesten we software ontwikkelen om een stelsel van vergelijkingen dat model hoe radiokoolstof door het hele wereldwijde koolstofcyclus, om uit te zoeken welk deel in welke jaren in bomen terechtkomt, in tegenstelling tot de oceanen, moerassen, of jij en ik.
In samenwerking met archeologen hebben we zojuist de eerste reproduceerbare, systematische studie gepubliceerd van alle 98 bomen met gepubliceerde gegevens op Miyake-evenementen. We hebben ook losgelaten open source modelleringssoftware als platform voor toekomstig werk.
Stormen van zonnevlammen
Onze resultaten bevestigen dat elke gebeurtenis in één keer één tot vier gewone jaren straling oplevert. Eerder onderzoek suggereerde dat bomen dichter bij de polen van de aarde een grotere piek registreerden - wat we zouden verwachten als zonne-supervlammen verantwoordelijk zijn - maar ons werk, kijkend naar een groter aantal bomen, laat zien dat dit niet het geval is.
We ontdekten ook dat deze gebeurtenissen op elk punt in de 11-jarige activiteitscyclus van de zon kunnen plaatsvinden. Zonnevlammen daarentegen hebben de neiging om te gebeuren rond het hoogtepunt van de cyclus.
Het meest raadselachtige is dat een paar pieken langer lijken te duren dan kan worden verklaard door de langzame kruip van nieuwe radioactieve koolstof door de koolstofcyclus. Dit suggereert dat de gebeurtenissen soms langer dan een jaar kunnen duren, wat niet wordt verwacht voor een gigantische zonnevlam, of dat de groeiseizoenen van de bomen niet zo gelijkmatig zijn als eerder werd gedacht.
Voor mijn geld is de zon nog steeds de meest waarschijnlijke boosdoener voor Miyake-evenementen. Onze resultaten suggereren echter dat we iets meer zien als een storm van zonnevlammen dan als één enorme supervlam.
Om vast te stellen wat er precies gebeurt in deze evenementen, hebben we meer gegevens nodig om ons een beter beeld te geven van de evenementen die we al kennen. Om deze gegevens te verkrijgen, hebben we meer jaarringen nodig - en ook andere bronnen zoals: ijskernen uit de Arctische en Antarctische wateren.
Dit is echt interdisciplinaire wetenschap. Normaal gesproken denk ik aan prachtig schone, nauwkeurige telescopen: het is veel moeilijker om de complexe, onderling verbonden aarde te begrijpen.
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Krediet van het beeld: NASA/SDO/AIA
