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Teilchenbeschleunigung bei astrophysikalischen Schocks 

EU-finanzierte Astrophysiker haben das aktuelle theoretische Verständnis der Teilchenbeschleunigung bei relativistischen Abflüssen mit den jüngsten Beobachtungen von Gamma-Ray-Bursts (GRB) und Supernova-Überresten verbessert.  
Teilchenbeschleunigung bei astrophysikalischen Schocks 
Hochenergetische Teilchen sind im ganzen Universum verbreitet. Ihre Energien liegen in den Bereichen von Megaelektronvolt (MeV) in der Heliosphäre bis hin zu Teraelektronvolt (TeV) in Supernova-Überresten. Bei niedrigen Energien werden sie von Satelliten erfasst, während sie bei hohen Energien als kosmische Strahlen auf die Oberfläche der Erde gelangen.

Bis heute glaubt man, dass kosmische Strahlen von starken Ausflüssen stammen, die von Supernova-Explosionen und GRB ausgehen. Auf der Schockfront werden Partikel beschleunigt und dann in das interstellare Medium abgegeben. Allerdings sind die Mechanismen, durch die sie freigelassen werden, und die Art, wie sie sich verbreiten, noch unbekannt.

Mit diesen Fragen befasste sich das EU-geförderte Projekt SHALOM (Explosive phenomena in the Universe: Gamma-ray bursts and supernova remnants as high-energy particle acceleration sites). Jüngste Beobachtungen mit dem Fermi-LAT (Large Area Telescope) wurden verwendet, um Einblicke in die Eigenschaften von kosmischer Strahlung zu gewinnen.

Die Astrophysiker erstellten eine spektrale Karte von diffuser Gammastrahlung aus dem Zerfall von neutralen Pionen, also von Partikeln, die durch die Interaktion von kosmischer Strahlung und Umgebungsprotonen erzeugt werden. Die zur Verfügung stehenden Beobachtungen wurden dann mit Modellvorhersagen verglichen.

Ein Code für die Monte-Carlo-Simulation wurde entwickelt, um die Ausbreitung von kosmischer Strahlung in der galaktischen Scheibe zu reproduzieren. Das Team von SHALOM berücksichtigte auch die inhomogene Verteilung von kosmischen Strahlenquellen und die Bewegung der galaktischen Arme, wo sich Überreste von Supernovae eher finden.

Es zeigte sich, dass sich die spektrale Neigung von diffuser Gammastrahlung sowohl in den Beobachtungen als auch in den Modellvorhersagen deutlich in Abhängigkeit von den galaktischen Längen- und Breitengraden veränderte. Die Astrophysiker erklärten die wichtigsten Trends als Ergebnis der Dynamik der galaktischen Arme.

Darüber hinaus analysierten sie Beobachtungen des Fermi-LAT von mehr als hundert GRB. Damit wollten sie bestätigen, ob die beobachtete hochenergetische Strahlung aus dem relativistischen Vorwärtsschock stammte, der bei der Wechselwirkung mit dem umgebenden Medium erzeugt wird.

Das SHALOM-Team untersuchte das Szenario, bei dem die beobachtete Emission von Synchrotronstrahlung von Elektronen dominiert wird, die im Schock beschleunigt werden und in Gegenwart von verstärkten elektrischen Feldern abstrahlen. Allerdings argumentierten sie, dass inverse Compton-Strahlung in wenigen Fällen auch ein wesentlicher Bestandteil ist.

Der Vergleich von theoretischen Vorhersagen mit Beobachtungen des Fermi-LAT führte zu interessanten Schlussfolgerungen, die in einflussreichen referierten wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht wurden. Auch wenn sie sich auf Sternreste konzentrierten, werden die Ergebnisse von SHALOM Implikationen für die Erforschung anderer kosmischer Beschleuniger wie etwa aktive galaktische Kerne haben.

Verwandte Informationen

Schlüsselwörter

Teilchenbeschleunigung, Gammastrahlenausbrüche, Supernova-Überreste, SHALOM, Fermi-LAT, Monte-Carlo-Simulation 
Datensatznummer: 190966 / Zuletzt geändert am: 2017-01-31
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