Ausbreitung Kosmischer Strahlung Seminarvortrag - Ausbreitung Kosmischer Strahlung "Zwei Dinge sind unendlich: Das Universum und die menschliche Dummheit. Aber beim Universum bin ich mir noch nicht ganz sicher." - Albert Einstein

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Inhalt: Rückblick / Allgemeines zur kosmischen Strahlung Magnetische Felder Beschreibung der Ausbreitung Modell der Galaxis Transportgleichung Leaky-Box-Modell Rekapitulation 1 Rekapitulation 2 Spallation Cosmic Ray Clocks Fazit Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Energiespektrum und Quellen - kleiner 1GeV schwer zu untersuchen 1GeV bis etwa 5GeV durch galaktische Supernovas - Höhere Energien wahrscheinlich durch extragalaktische Quellen Der Krebsnebel, Überrest einer Supernova, Aufgenommen vom Hubble-Space-Telescope Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Ausbreitung der Strahlung Was beeinflusst die Strahlung auf ihrem Weg zur Erde? Magnetfelder Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Spallation) Kollisionen radioaktiver Zerfall Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Ausbreitung der Strahlung Was beeinflusst die Strahlung auf ihrem Weg zur Erde? Magnetfelder Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Spallation) Kollisionen radioaktiver Zerfall Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Magnetfelder und ihre Auswirkungen - Strahlung kommt isotrop auf der Erde an galaktische, ungeordnete Magnetfelder etwa 2,5μG im Universum bei uns ~3μG, parallel zur galaktischen Scheibe Magnetfeld am Beispiel der „Whirpool-Galaxie“ (oben links: Quasar OC-65) Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Beispielrechnung Magnetfelder Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Beispielrechnung Magnetfelder - Zentrifugalkraft Lorentzkraft Gleichsetzen: Beispielergebnisse für ein Proton: - E = 3GeV  r ≈ 3∙1012 m ≈ 20 AE - E = 6GeV  r ≈ 3∙1015 m ≈ 250 [Größe Sonnensystem] - E = 9GeV  r ≈ 3∙1018 m ≈ 317 ly Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Schlussfolgerungen - Isotropie kleiner als 5GeV aus unserer Galaxis Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Warum nur galaktische Supernovas? - Diffuse Ausbreitung: r ~ t 2 durch die Lebensdauer der Teilchen kommen nur galaktische Supernovas in Frage Große Magellansche Wolke Illustration der Milchstraße Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Rekapitulation - Beeinflussung der Strahlung durch: Magnetfelder Energiegewinne/-verluste Kollisionen radioaktiver Zerfall Isotropie durch: FZ = FL r ~ t2 Beeinflussung durch Magnetfeld bis etwa 106GeV besonders von Bedeutung (Isotropie) galaktische Supernovas wegen Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

für die Ausbreitung der Beschreibung für die Ausbreitung der kosmischen Strahlung Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Vorstellung unserer Galaxis - Dichte größtenteils in der galaktischen Scheibe zentriert Radius ~ 15kpc Höhe ~300pc Radius des Halo ~ 2-4kpc Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Transportgleichung - Aufstellen einer allgemeinen Gleichung Differentialgleichung mit N(E,x,t) Was beinhaltet eine solche Gleichung? Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Transportgleichung Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Transportgleichung - Diffusionsterm Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Transportgleichung - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation) Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Transportgleichung - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation) - Konvektion Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Transportgleichung - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation) - Konvektion - Quellterm Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Transportgleichung - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation) - Konvektion - Quellterm - Verlust durch Kollisionen und Zerfall Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Transportgleichung - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation) - Konvektion - Quellterm - Verlust durch Kollisionen und Zerfall - Spallation Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Transportgleichung - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation) - Konvektion - Quellterm - Verlust durch Kollisionen und Zerfall - Spallation Komplizierte, gekoppelte DGL Suche nach einfachen Modellen Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Vereinfachende Modelle - Leaky-Box-Modell Konstante Dichte / abgeschlossenes Volumen - Nested Leaky-Box-Modell kleine abgeschlossene Volumen um Quellen (beispielsweise Supernovas in dichten Wolken) - Closed Galaxy-Modell Spezialfall des Nested Leaky-Box-Modell / Lokaler Spiralarm der Galaxie ist eingeschlossenes Volumen - Diffusionsmodelle Diffusionsterm keine Konstante schwer zu lösen Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Vereinfachende Modelle - Leaky-Box-Modell Konstante Dichte / abgeschlossenes Volumen - Nested Leaky-Box-Modell kleine abgeschlossene Volumen um Quellen (beispielsweise Supernovas in dichten Wolken) - Closed Galaxy-Modell Spezialfall des Nested Leaky-Box-Modell / Lokaler Spiralarm der Galaxie ist eingeschlossenes Volumen - Diffusionsmodelle Diffusionsterm keine Konstante schwer zu lösen Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Leaky-box-Modell - Konstante Dichte im betrachteten Volumen Teilchen werden am Rand reflektiert konstante (energieabhängige) Entweichswahrscheinlichkeit Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Leaky-box-Modell Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Leaky-box-Modell 1. Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Leaky-box-Modell 1. 2. Vernachlässigung von Energiegwinnen/-verlusten Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Leaky-box-Modell 1. 2. Vernachlässigung von Energiegwinnen/-verlusten 3. Vernachlässigung von Konvektion Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Leaky-box-Modell 1. 2. Vernachlässigung von Energiegwinnen/-verlusten 3. Vernachlässigung von Konvektion 4. Konstante Dichte Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Leaky-box-Modell 1. 2. Vernachlässigung von Energiegwinnen/-verlusten 3. Vernachlässigung von Konvektion 4. Konstante Dichte Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste - Konvektion Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste - Konvektion - Quellterm Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste - Konvektion - Quellterm - Kollisionen und Zerfall Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste - Konvektion - Quellterm - Kollisionen und Zerfall - Spallation Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste - Leaky Box Modell: - Konvektion - Quellterm - Kollisionen und Zerfall - Spallation Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste - Leaky Box Modell: - Konvektion - Quellterm - Kollisionen und Zerfall - Spallation Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Spallation - „Zertrümmern“ von Primärteilchen führt zu Sekundärteilchen Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Spallation - „Zertrümmern“ von Primärtermen führt zu Sekundärteilchen Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Spallation - „Zertrümmern“ von Primärtermen führt zu Sekundärteilchen Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Spallation - „Zertrümmern“ von Primärtermen führt zu Sekundärteilchen wieso sind B, Be und Li so häufig? entstehen besonders oft bei der Spallation. Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Cosmic Ray Clocks - Man kennt Zerfallszeit bestimmter Atome - Man kennt Ursprungsmenge also auch Menge der Kerne, die noch messbar sein sollten Aus der Abweichung kann die Verbleibzeit in der Galaxie berechnet werden - wichtigstes Isotop: 10Be - Halbwertszeit: τ0 = 3,9*10 j 6 gemessen wird γ*τ0 (relativistisch) 10 - Zerfall in B Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Cosmic Ray Clocks - Beschreibung mit einer Gleichung Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Cosmic Ray Clocks - Beschreibung mit einer Gleichung - Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion und Stößen Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Cosmic Ray Clocks - Beschreibung mit einer Gleichung - Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion und Stößen Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Cosmic Ray Clocks - Beschreibung mit einer Gleichung - Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion und Stößen - Verluste durch Spallation: Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Cosmic Ray Clocks - Beschreibung mit einer Gleichung - Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion und Stößen - Verluste durch Spallation: Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Cosmic Ray Clocks - Beschreibung mit einer Gleichung - Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion und Stößen - Verluste durch Spallation: Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Cosmic Ray Clocks - leichte Elemente entstehen hauptsächlich durch Spallation Quellterm kann als Rate Ci geschrieben werden - Mit dem Leaky-Box-Model folgt: Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Cosmic Ray Clocks - Ist das Element radioaktiv, so muss noch der Zerfallsterm ergänzt werden ( ist die Halbwertszeit) - Verhältnis zwischen stabilen und instabilen Teilchen aufstellbar Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Cosmic Ray Clocks - Instabiles Teilchen (z.B. Be): 10 10 - Stabiles Teilchen (z.B. B): - Verhältnis: - Wir wissen: durch Messung des Verhältnisses sind N und ti berechenbar! Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung RUNJOB - Experiment - Rate fällt mit zunehmender Energie Hochenergetische Teilchen haben kürzere Verweilzeit Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Fazit - Ablenkung in erster Linie durch Magnetfelder Niederenergetische Strahlung aus galaktischen Quellen - Höchstenergetische Strahlung wird allerdings kaum abgelenkt Extragalaktische Quellen - Transportgleichung - Leaky Box Model - Cosmic Ray Clocks Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung Quellen - High Energy Astrophysics: Volume 1, Malcom S. Longair - High Energy Astrophysics: Volume 2, Malcom S. Longair - Cosmic rays and particles, Thomas K. Gaisser - Teilchenastrophysik, H.V. Klapdor-Kleingrothaus/K.Zuber - http://www.spacetelescope.org/index.html - http://gallery.spitzer.caltech.edu - 29th International Cosmic Ray Conference Pune (2005) 00, 101-104 Timo Münzing Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Danke für eure Aufmerksamkeit! „Es gibt eine Theorie, die besagt, dass wenn jemals irgendwer genau herausfindet, wozu das Universum da ist und warum es da ist, dann verschwindet es auf der Stelle und wird durch etwas noch Bizarreres und Unbegreiflicheres ersetzt.“ „Es gibt eine andere Theorie, nach der das schon längst passiert ist.“ Douglas Adams, Per Anhalter durch die Galaxie