Theoretische Untersuchung von Signaturen der kosmischen Strahlung in astrophysikalischen Hochenergieflares

Eine zentrale, offene Frage in der Physik ist die nach dem Ursprung höchstenergetischer Teilchenstrahlung im Universum. Teilchenbeschleunigung in astrophysikalischen Plasmen kann nur indirekt über die Beobachtung von sekundären Photonen beobachtet werden: obwohl der astrophysikalische Fluss von sowohl Elektronen als auch geladener Kernen durch erdgebundene Detektoren gut vermessen ist, enthält die geladene Strahlung auf der Erde wegen ihrer Ablenkung durch kosmische Magnetfelder keine Richtungsinformation. Um Rückschlüsse über die Quellen der kosmischen Strahlung machen zu können, ist also eine gute theoretische Beschreibung in Kombination mit verschiedensten Messmethoden notwendig. In diesem Antrag soll die Teilchenwechselwirkung und -propagation der kosmischen Strahlung von potentiellen transienten Quellen wie z.B. aktive Galaxienkerne (AGN) und Gamma-ray Bursts auf theoretischer Ebene untersucht werden und mit Beobachtungen verglichen werden. In Vorarbeiten konnten die durch die kosmische Strahlung induzierten leptonischen Strahlungsprozesse an den Quellen selbst untersucht und die damit zusammenhängende Photonemission vorhergesagt werden. Das in Bochum und Dortmund entwickelte Modell beinhaltet zeitabhängige Teilcheninjektion und berücksichtigt Wechselwirkungsprozesse wie beschleunigungsbedingte Strahlungsprozesse, räumliche Diffusion, Kühlung durch Strahlungsprozesse und Comptonstreuung. Das Modell beschreibt beobachtete Flares von AGN größtenteils gut. Das hier vorgeschlagene Projektschließt an die direkten Vorarbeiten an, indem die Propagation der geladenen kosmischen Strahlung durch das Universum untersucht werden soll und indem hadronische Wechselwirkungen in AGN Flares berücksichtigt werden sollen. Die Kombination von Informationen über die direkte Photonenstrahlung der möglichen Quellen der kosmischen Strahlung und über die Ankunftszeit und Streuung der geladenen kosmischen Strahlung liefert ein komplettes Bild des Einflusses der kosmischen Strahlung in transienten Phänomenen und stellt einen ersten Schritt zur Identifikation der extragalaktischen Quellen der kosmischen Strahlung dar.

Antragsteller

Ruhr-Universität Bochum: Prof. Dr. Reinhard Schlickeiser (Institut für Theoretische Physik, Prof. Dr. Julia Tjus (Institut für Theoretische Physik);
Technische Universität Dortmund: Prof. Dr. Dr. Wolfgang Rhode (Institut für Physik)

Förderlinie: Projektförderung
Fördersumme: 280.450 Euro
Laufzeit: 01.10.2012 – 30.09.2014

Ansprechpartner

Prof. Dr. Reinhard Schlickeiser
Ruhr-Universität Bochum
Institut für Theoretische Physik
Universitätsstr. 150
44780 Bochum

Telefon: 0234-3222032
rsch (at) tp4.rub(dot)de