Neue Transporteffekte kosmischer Strahlung aufgrund der Spiegelkraft in inhomogenen Magnetfeldern

• Antragsteller: Professor Dr. Reinhard Schlickeiser
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248902482

Die Parallelkomponente der Spiegelkraft in räumlich variablen, großräumigen Führungsmagnetfeldern führt zu kohärenter Konvektion von kosmischen Strahlungsteilchen im Orts- und Impulsraum, die als adiabatische Fokussierung und fokussierte Beschleunigung bezeichnet werden. Die adiabatische Fokussierung bewirkt eine räumliche Konvektion dieser Teilchen mit der Geschwindigkeit $\kappa _{\parallel \parallel }/L$, gegeben durch den Quotienten aus dem parallelen räumlichen Diffusionskoeffizienten und der Fokussierungslänge $L$, entlang des Führungsfeldes selbst in einem ruhenden Medium. Fokussierte Beschleunigung führt zur konvektiven Teilchenbewegung im Impulsraum, also einem Fermi-Teilchenbeschleunigungsprozess 1. Art für negative Werte des Produkts aus $H_cL<0$, wobei die Kreuzhelizität $H_c$ den Überschuss von vorwärts- zu rückwärts-laufenden Plasmawellen im Medium charakterisiert. Positive Werte der Kreuzhelizität treten insbesondere im Aufstrom-Bereich von kosmischen Stosswellen auf, weil die Aufstrom-Vorläufer Verteilungsfunktion der beschleunigten kosmischen Strahlenteilchen die vorwärts-laufenden (rückwärts-laufenden) Plasmawellen verstärkt (dämpft). In einem konvergierenden ($L<0$) Führungsmagnetfeld, wie es für die mehr als 70 galaktischen Supernova-Überreste in engem Kontakt mit massiven Molekülwolken zu erwarten ist, erklärt die resultierende effektive fokussierte Beschleunigung im Aufstrom-Bereich, warum diese Systeme effiziente Teilchenbeschleuniger sind und daher starke Quellen von hochenergetischen GeV und TeV Gammastrahlung. Es wird beantragt, die Transporttheorie kosmischer Strahlung bei Vorliegen von fokussiertem Transport und Beschleunigung zu verbessern, neue analytische Lösungen der zeitabhängigen und stationären Telegraphen-Transportgleichung für realistische, endliche Streumedien zu berechnen, und die optimalen Bedingungen für die effektive Teilchenbeschleunigung in kosmischen Stoßwellen in der Nähe von massereichen Molekülwolken zu erforschen. Eine weitere Anwendung ist die Erklärung des mit der Energie anwachsenden Positronsanteils in der galaktischen kosmischen Strahlung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen