Theoretische Astroteilchen Physik --- Forschung

Theorie der Astroteilchenphysik

In der Hoch-Energie-Astrophysik werden sehr energetische Teilchen intensiv untersucht, z.B. Kosmische Strahlung, Neutrinos und Gammastrahlung.

Unsere Gruppe arbeitet an der theoretischen Beschreibung der physikalischen Systeme, in denen Teilchenbeschleunigung auftritt, wie Supernovaüberreste (Supernova Remnants-SNRs), Zentren aktiver Galaxien (Active Galactic Nuclei-AGN) und Gammastrahlenausbrüche (Gamma Ray Bursts-GRBs). Wir wenden dazu unterschiedliche Methoden an, wie hydrodynamische Simulationen, kinetische Untersuchungen sowie Gesamtstrahlungsmodelle.  Desweiteren beschäftigen wir uns auch mit anderen Themen der modernen Astroteilchenphysik, wie Neutrino-Astrophysik, der dunklen Materie und der Kosmologie.

Quelle: M. Pohl

SNR Modellierung

Der Ursprung der kosmischen Strahlen ist eine der ältesten Fragen in der modernen Astrophysik. Lange nahm man an, dass Supernovaüberreste (Supernova Remnants-SNRs) die galaktischen Beschleuniger der kosmischen Strahlen sind.

Wir führen hydrodynamische Simulationen von SNRs in beliebiger Umgebung durch, die wir mit numerischer Behandlung der Beschleunigung und des Transport kosmischer Strahlen kombinieren. Ebenso untersuchen wir die Emission von Strahlung und das Entweichen der kosmischen Strahlen über den gesamten Lebenszyklus eines SNR. 

Quelle: M. Pohl
Das Video zeigt Simulationsergebnisse von driftenden kosmischen Strahlen.
Quelle: M. Pohl

Mikrophysik von kosmischen Plasmas

Die Prozesse, welche die Energie und räumliche Verteilung kosmischer Strahlung bestimmen, unterscheiden sich von denen üblicher Gase auf der Erde, da sie stets von elektrischen und magnetischen Feldern beeinflusst werden.

Das wirft interessante Fragen auf:                                                                                       

  • Warum produziert die Natur kosmische Strahlen ?                                                                   
  • Auch, was ist das Schicksal eines turbulenten Magnetfeldes ?                                    
  • Beeinflussen die Wechselwirkungen von kosmischen Strahlen das grossräumige Magnetfeld, welches das Universum prägt ?

Das Video zeigt Simulationsergebnisse von driftenden kosmischen Strahlen.

Der obere Bereich zeigt ein turbulentes Magnetfeld, der untere Bereich bildet die Dichte von interstellarem Gas ab. Anfangs befindet sich das interstellare Gas in Ruhe, und die kosmischen Strahlen driften nach links. Nach einer Weile scheinen beide Strukturen gleich zu driften. Am Ende gibt es keine relative Abweichung zwischen kosmischen Strahlen und interstellarem Gas, und das Wachstum des Magnetfeldes endet.

Das Video zeigt Simulationsergebnisse von driftenden kosmischen Strahlen.
Quelle: M. Pohl