Kosmische Strahlung im sehr lokalen interstellaren Medium

• Antragsteller: Professor Dr. Dieter Breitschwerdt; Professor Dr. Philipp Mertsch
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 490751943

Genaue Beobachtungen der kosmischen Strahlung sind nur von unserer Position in der Galaxie aus möglich und werden von unserer lokalen Umgebung beeinflusst: Die Erde befindet sich in der Heliosphäre, die Flüsse unterhalb einiger GeV unterdrückt. Die Heliosphäre selbst ist in einer Superbubble geringer Dichte eingebettet, der so-genannten Local Bubble (LB). Die genaue zeitliche und räumliche Verteilung naher Quellen ist ebenfalls unbekannt, führt jedoch zu Unsicherheiten der Spektren bei hohen und sehr niedrigen Energien. Dank der zwei Voyager-Sonden sind kürzlich die ersten direkten Beobachtungen außerhalb der Heliosphäre bei niedrigen Energien verfügbar geworden. Allerdings testen auch diese Messungen im Vergleich zu den Abmessungen der LB nur das sehr lokale interstellare Medium (ISM).Diffuse Emission, vor allem von Kernen, die Gammastrahlen produzieren, und Ionisationsraten in diffusen Molekülwolken testen kosmische Strahlung an anderen Stellen in der Galaxie. Dieser Ansatz ist zwar komplementär, aber auch von Unsicherheiten in der Astrophysik und der interstellaren Chemie betroffen. Während die Messungen der Gammastrahlen einige interessante Anomalien enthalten, zeigen die Ionisationsraten eine noch stärkere Abweichung: Die Raten aus Molekülwolken an anderen Stellen in der Galaxie sind eine bis zwei Größenordnungen größer als die, die aus den lokal gemessenen Flüssen abgeleitet werden. Die Diskrepanz ist noch größer bei Messungen von Ionisationsraten in der Nähe des galaktischen Zentrums.Für die Lösung dieses Problems betrachten wir hauptsächlich zwei Szenarien: Erstens schwankt der Fluss der kosmischen Strahlung unter 1 GeV räumlich innerhalb der Galaxie. Dies ist auf den kombinierten Effekt der diskreten Natur von Quellen und der begrenzten Reichweite aufgrund von Ionisations- und Coulomb-Verlusten bei niedrigen Energien zurückzuführen. Wenn sich der lokal beobachtete Fluss am unteren Ende der Verteilung befindet oder die beobachteten Ionisationsraten zum oberen Ende der Verteilung gebiast sind, könnte dies die Diskrepanz erklären. Wir werden die Verteilung der Flüsse vorhersagen und die Kompatibilität zwischen lokalen Spektren und Ionisationsmessungen statistisch auswerten.Zweitens könnte der Fluss lokaler kosmischer Strahlung aufgrund des Vorhandenseins der LB unterdrückt sein. Auf kleinen Skalen ist der Transport wegen des regulären Magnetfelds anisotrop. Da die reguläre Komponente in der LB kaum durch Beobachtungen beschränkt ist, werden wir stattdessen verschiedene analytische und numerische Modelle betrachten und die Diffusion von primärer und sekundärer kosmischer Strahlung untersuchen. Schließlich werden wir beide Szenarien zu einem einheitlichen Gesamtbild zusammenführen.Die Synergie zwischen den Gruppen in Paris (Experten für diffuse Emissionen), Aachen (Experten für Transport kosmischer Strahlung) und Berlin (Experten für Simulationen des ISM) wird die Lösung einer der rätselhaftesten CR-Anomalien garantieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. Stefano Gabici; Dr. Andrea Goldwurm; Dr. Régis Terrier