Entstehung der kosmischen Strahlung

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1 Entstehung der kosmischen Strahlung

2 Galaktische und intergalaktische Kosmische Strahlung Im Folgenden soll nur die Komponente der kosmischen Strahlung betrachtet werden, die nicht solaren Ursprungs ist. Galaktische Kosmische Strahlung Ursprung innerhalb unseres Milchstraßensystems Die Strahlung ist isotrop: Streuprozesse / Quelleninformation ist verloren gegangen Spektrale Energieverteilung: ev Mögliche Quellen: Supernovae und Supernova-Überreste Pulsare und Schwarze Löcher Kataklysmische Doppelsternsysteme Problem: Beschleunigungsmechanismen geladener und neutraler Teilchen

3 Verteilung der Quellen hochenergetischer Gammastrahlung E> 100 MeV Ein Großteil der hochenergetischen Gammastrahlung stammt offenbar aus der Milchstraße Einzelquellen sind z.t. auszumachen (Beispiel Vela-Pulsar) Röntgen-Doppelsterne / Pulsare / Schwarze Löcher Gammabursts bei Supernovaexplosionen (Nukleosynthese-bedingt Ni -> Co -> Fe)

4 Kataklysmische Doppelsternsysteme Derartige Doppelsterne bestehen i.d.r. aus einem meist massearmen Hauptreihenstern und einem kompakten Objekt (Weißer Zwerg, Neutronenstern, Black hole).

5 Durch den Materieabfluß zum kompakten Objekt bildet sich eine Akkretionsscheibe aus (jedoch nicht immer Polare ), von der aus das Material zum kompakten Objekt überfließt. Dabei entstehen hohe Temperaturen durch Reibung sowie Materie-Jets (starke Magnetfelder erforderlich) thermische Röntgenstrahlung ( Röntgendoppelsterne ) nichtthermische Synchrotronstrahlung (E bis zu ev) Wichtige Begriffe Lorentz-Kraft Larmor-Radius Pitch-Winkel

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7 AM Herculis Sterne oder Polare

8 Supernovae Supernovaausbrüche sowie Supernova-Überreste gelten als wichtigste Quelle der galaktischen kosmischen Strahlung. Typ II : Hydrodynamische SN Kernkollaps Typ Ia : Thermonukleare SN Kernkollaps nach Masseaufnahme von einem engen Begleiter

9 Kosmische Strahlung: Kurzzeitiger, extrem energiereicher Neutrino-Flash (konnte anhand der Supernova von 1987 nachgewiesen werden) Entstehung von Gammastrahlung bei der während des Ausbruchs stattfindenden r- Prozeß Reaktionen (z.b. Ni -> Co -> Fe ) Supernova-Überrest (SNR) Solche SNR s bestehen viele Tausende bis Hunderttausend Jahre und erreichen Ausdehnungen von einigen Hundert Parsec bis sie schließlich vollständig in der interstellaren Materie aufgehen. Dabei lassen sich mehrere Entwicklungsphasen unterscheiden: Freie Expansion (200 bis 300 Jahre) Adiabatische oder Taylor-Sedov-Phase (~20000 Jahre) Radiative oder Schneepflug-Phase (bis Jahre) Verschmelzung mit der interstellaren Materie Schockfronten und magnetische Wolken sind die Ursache für die Beschleunigung geladener Teilchen auf relativistische Geschwindigkeiten (Fermi-Beschleunigung)

10 Energien bis ev möglich MECHANISMEN Teilchen kollidieren mit ionisiertem Wasserstoff, was im Mittel zu einem Energiegewinn führt, da der Stoß häufiger frontal als verfolgend erfolgt. (Fermi-Beschleunigung I) Geladene Teilchen werden in Schockfronten gefangen und wiederholt beschleunigt (Fermi-Beschleunigung II) Magnetic pumping (Alvén Beschleunigung)

11 Neutronensterne / Pulsare

12 Leuchtturmeffekt Pulsar

13 Extragalaktische Kosmische Strahlung

14 Alle Teilchen und Quanten, deren Energie ev übersteigt, stammen aus dem extragalaktischen Bereich. Quellen: Aktive galaktische Kerne (Supermassive Schwarze Löcher) Gamma Ray Bursts (Verschmelzung von Neutronensterne) Urknall-Relikte?? Sonstige Exoten... Aktive Galaktische Kerne (AGN) -> Akkretion um massives Zentral-Black hole Jets bis zu einigen Hunderttausend bis Millionen Lichtjahre lang Leuchtkraft bis zu Sonnenleuchtkräfte ( W) Teilchenenergien im Jet bis zu ev Quasare

15 Gamma Ray Bursts 1 GRB pro Tag Stärkster GRB: März Mrd. Lichtjahre entfernt 2.8 Millionen mal heller als eine Supernova War mit bloßem Auge zu sehen bis zu Sonnenleuchtkräfte