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1 Kosmische Strahlung auf der Erde Spektrum Zusammensetzung direkte Beobachtungsmethoden indirekte Beobachtungemethoden (Seminarthemen) Magnetfelder.

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Präsentation zum Thema: "1 Kosmische Strahlung auf der Erde Spektrum Zusammensetzung direkte Beobachtungsmethoden indirekte Beobachtungemethoden (Seminarthemen) Magnetfelder."—  Präsentation transkript:

1 1 Kosmische Strahlung auf der Erde Spektrum Zusammensetzung direkte Beobachtungsmethoden indirekte Beobachtungemethoden (Seminarthemen) Magnetfelder

2 2 Blockseminar-Themen Themenkreis: Ursprung kosmischer Strahlung 1) Windphasen massiver Sterne 2) Endstadien der Sternentwicklung 3) Kompakte Überreste von Sternen Themenkreis: Beobachtung von nicht-thermischen Phänomenen 1) Röntgenemission von Supernova-Überresten (Chandra: Filamente+Zeitvariabilität) 2) Gamma-Emission aus der Galaktischen Ebene (EGRET+GLAST) 3) TeV-Beobachtungen von schalenförmigen Supernova-Überresten (HESS) 4) Radiobeobachtungen von kosmischer Strahlung (Ice, Mond, LOPES) Themenkreis Extragalaktische Beschleuniger 1) Beobachtung und Ursprung ultra-hochenergetischer kosmischer Strahlung (top-down, bottom- up, AUGER, HiRES,EUSO) 2) Hochenergetische Phänomene in AGN 3) Galaxienhaufen 4) EBL-Absorption Themenkreis: Exoten 1) Indirekte Suche nach dunkler Materie (PAMELA, HESS, IceCUBE) 2) Dunkle-Materie-Sterne 3) Axion- und Photonoszillationen

3 3 Windphasen massiver Sterne Massive (O+B)-Sterne durchlaufen am Ende ihrer Entwicklung eine kurze Phase mit großen Masseverlusten (~10 -5 M sonne /Jahr). Mechanismus der Windentstehung ("line driven winds") Wind-termination Wind-wind-shocks Superbubbles "clumpy" winds

4 4 Endphasen der Sternentwicklung Kern-Kollaps isolierter massiver Sterne Akkretion + Deflagration in Binärsystemen ->thermonukleare SN Vergleich der SN- Typen

5 5 Kompakte Überreste von Sternen weiße Zwerge Neutronensterne schwarze Löcher Pulsarwindsysteme Entartetes Elektronengas -> weißer Zwerg Chandrasekhar-Grenze Entartetes Neutronengas Tolmann-Oppenheimer- Volkoff-Grenze Pulsare Magnetare Kompakte Zentralobjekte Pulsar-Wind-Nebel Krebsnebel (2kpc)

6 6 Röntgenbeobachtungen von Supernovaüberresten (SNR) Thermische Emission von aufgeheiztem Gas nicht-thermische Synchrotronstrahlung Kühlzeit von Elektronen durch Synchrotronemission nicht-lineare Modifikation (Abkühlung + Magnetfeldverstärkung) Filamente Zeitvariabilität

7 7 TeV Beobachtungen von Supernovaüberresten (SNR) Quellen + Charakteristiken Spektrum + Morphologie Röntgen-TeV-Korrelation, TeV-Gas-Korrelation) Diskussion: Distanz Effizienz der Beschleunigung Alter RX J (1kpc)

8 8 Gamma-Emission aus der galaktischen Ebene EGRET Exzess

9 9 Radiobeobachtungen von KS LOPES (KASCADE Grande)

10 10 Beobachtung und Ursprung ultra- hochenergetischer KS Theoretische Modelle top-down bottom-up AUGER HiRES, Zukunft: EUSO

11 11 Hochenergetische Phänomene in Aktiven Galaxien Kernen (AGN) AGN (Jets, Akkretion, Radio- Galaxien, Blazare) Extraktion von Energie aus einem schwarzen Loch relativistische Bewegung in Jets (superlum. motion) Jet-Confinement Termination lobes Vereinheitlichte Theorie für AGN

12 12 Galaxienhaufen Beschleunigung AGN Galaxien Akkretionsshocks Confinement von Cosmic rays

13 13 Extragalaktische Absorption durch den EBL

14 14 Axion- und Photonoszillation Licht-durch-die-Wand Experimente Axionen Paraphotonen

15 15 Dunkle-Materie Sterne (vergeben) Erste Sterne bei z~10-50 Energieproduktion durch Annihilation von dunkle Materie Teilchen Gleichgewicht bei: L = 10 6 L sonne T = K R = 1014 cm T = 0.5Mj M ~ 800 M sonne (WIMPS 100GeV) Unterscheidung von POPIII Sternen

16 16 Indirekte Suche nach Dunkler Materie (vergeben) Annihilationsprodukte: gamma, neutrinos, Antimaterie, PAMELA, H.E.S.S. & IceCUBE

17 17 Ausgedehnte Luftschauer Hadronische Wechselwirkungen Elektromagnetische Wechselwirkungen Zerfallsprozesse Cherenkovlicht Floureszenzlicht Theoretische Beschreibung durch Monte-Carlo Simulationen wie CORSIKA (COsmic Ray SImulations for KAscade)

18 18 Schauerbeschreibung Anzahl der Teilchen im Schauer: 1 pro 10 9 eV Schauermaximum ist näher am Boden je energiereicher Primärteilchen Schauermaximum ist näher am Boden je größer die Massenzahl der Primärteilchens x max Schauermaximum

19 19 Zenithwinkel Azimutwinkel Vertikale Intensität: Richtungsabhängige Intensität I( )=dN/(dAdtd )

20 20 Zenith Winkel 30°

21 21 Luftschauer Experimente

22 22 KASKCADE (Knie) 200m x 200m (700m x 700m) Detektoren mit 13m Abstand 16 Hütten bilden einen unabhängigen Cluster Elektronikstation im Zentrum eines Clusters Zentraler Detektor in der Mitte des Feldes eV Streamertunnel für Myonen KArlsruhe Shower Core and Array DEtector-Grande

23 23 KASCADE Hütte Messung von Photonen, Elektronen und Myonen

24 24 KASCADE Zentraler Detektor Messung des Ortes, der Einfallsrichtung und der Energie von Hadronen (16 x 20 m 2 )

25 25 Streamertunnel Bestimmung der Entstehungshöhe von Myonen durch Triangulation Streamertubes: gasgefüllte Detektoren unter Hochspannung Geladene Teilchen (Myonen) lösen Entladungen aus Drei Schichten machen Richtungsbestimmung mögliche Wenn Richtung mit Kaskade- Schauer übereinstimmt, werden Teilchen als Myonen identifiziert

26 26 Ergebnisse KASKADE

27 27 KASCADE Grande

28 28 Dichte der Sekundärteilchen

29 29 Luftschauer Experimente

30 30 AUGER (10 20 eV) 1600 autarken, solarbetriebenden Oberflächendetektoren (SD) mit 1500 m Abstand 3000 km 2 Detektorfeld 1450 m üNN Südamerika (Pampa)

31 31 Größe des AUGER Observatory

32 32 Oberflächendetektor (SD) 10 m 2 Grundfläche 120 cm Höhe gefüllt mit 12 Tonnen hochreinem Wasser als Detektionsmedium c wasser ~ c / 1.3 Cherenkov-Licht wird mit drei 9 Zoll Photomultipliern detektiert

33 33 Ereignisse mit SD fast vertikaler Schauerfast horizontaler Schauer

34 34 SD event mit ~10 20 eV

35 35 Floureszenz Detektor (FD) 24 Fluoreszenzteleskope 12 m 2 Spiegelfläche Stickstoff der Luft wird zur Emission von ultraviolettem Fluoreszenzlicht angeregt Kamera mit 440 Photomultipliern 0.1 Mikrosekunden aufgezeichnet

36 36 Kamera und Spiegel Spiegel Radius von 3.4 m Kamera mit 440 Photomultiplier => 440 Pixel FOV 30° x 30° UV Filter ( nm) Klaren mondfreien Nächten => Duty cycle 12%

37 37 Hybrid-Methode


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