Transport hochenergetischer kosmischer Strahlung im interstellaren Medium

• Antragsteller: Professor Dr. Dieter Breitschwerdt
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 263050076

Kosmische Strahlung (KS) ist ein kontinuierlicher Strom von energetischen Teilchen, den man auf der Erde messen kann. KS besteht hauptsächlich aus Protonen (90%), Alpha-Teilchen (<= 10%), Elektronen und schwereren Atomkernen. Die Beschleunigungsmechanismen der KS Teilchen mit den höchsten Energien ist immer noch kaum bekannt. Dies liegt auch daran, dass ihre Quellen noch nicht bestimmt werden konnten. Korrelationen mit aktiven galaktischen Kernen im lokalen Universum sind immer noch unsicher, auch aufgrund der geringen Teilchendichte der hochenergetischen KS.Das Ziel dies Projektes ist es, die Streuung der KS Teilchen mit den höchsten Energien in dem turbulenten elektromagnetischen Feld des interstellaren Mediums (ISM) zu untersuchen. Dabei soll der Transportprozess für Teilchen mit unterschiedlichen Massen, von Elektronen bis zu Eisenatomkernen, ausgewertet werden. Dadurch kann die mögliche Ablenkung und Isotropisierung von extragalaktischer KS und der Grenzwert (Hillas-Limit) bis zu dem das möglich ist, betrachtet werden. Zu diesem Zweck werden numerische magneto-hydrodynamische (MHD) Simulationen des ISM durchgeführt. Diese geben Einblick in die zeitliche Entwicklung der MHD-Turbulenz, die durch die Stoßwellen von Supernovaexplosionen getrieben wird. Der Transport der KS soll mit zwei unterschiedlichen Ansätzen untersucht werden: (i) Testteilchen werden in den Simulationskubus eingebracht, wobei ihre Bahnen bei der dynamischen Entwicklung im magnetisierten Medium verfolgt werden; (ii) basierend auf den aus der MHD Simulation ausgelesenen Magnetfeldkorrelationsparametern werden Monte-Carlo Simulationen mit einem Testteilchencode durchgeführt. Die Kombination dieser unabhängigen Methoden erlaubt eine kritische Begutachtung der verwendeten Annahmen bei den Untersuchungen, was die Vertrauenswürdigkeit der gewonnenen Transportparameter erhöht. Die Beantwortung der Frage nach dem Ursprung der hochenergetischen KS wird nicht nur zum besseren Verständnis ihrer Eigenschaften beitragen, sondern wird ganz allgemein das Verständnis von magnetischer Turbulenz vergrößern.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1573: Physics of the Interstellar Medium