1 Astroteilchenphysik Kosmische Strahlung auf der Erde Geladene Komponente (Kosmische Strahlung)...

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  • Folie 1
  • 1 Astroteilchenphysik Kosmische Strahlung auf der Erde Geladene Komponente (Kosmische Strahlung) Photonen (>keV) Neutrinos Kosmische Strahlung in unserer Galaxie Das interstellare Medium Sternentstehung und entwicklung Wechselwirkung von rel. Elektronen und Protonen Transport kosmischer Strahlung Ursprung der leichten Elemente Confinement Volumen und kosmische Uhren
  • Folie 2
  • 2 Kosmische Strahlung in unserer Galaxie Das Interstellare Medium Sternentstehung und -entwicklung Wechselwirkung von KS
  • Folie 3
  • 3 Ursprung Kosmischer Strahlung (KS) Entstehung hochenergetischer Teilchen (Kerne, Elektronen, Photonen, Neutrinos) Beschleunigung von KS Galaktische Beschleuniger (zB Supernova) Extragalaktische Beschleuniger (zB Gamma Ray Bursts, GRB; Aktive Galaxien Kerne, AGN) Wechselwirkung (WW) von KS auf dem Weg zur Erde WW in der Quelle WW zwischen den Galaxien WW in der Galaxie (Milchstrasse) WW im Sonnensystem WW in der Atmosphre Wichtige WW Gas (Moleklen) Staub Photonenfeldern Magnetfeldern
  • Folie 4
  • 4 Beobachtbarkeit von elektromagnetischer Strahlung
  • Folie 5
  • 5 Wechselwirkung in unserer Galaxie Gas (direkt und indirekt) Proton-Proton (Kern) WW Ionisation Anregung von Gasatomen Fragmentation von schweren Kernen CoulombWW mit ionisiertem Gas Absorption von ionisierenden Photonen Photonenemission (s.u.) Staub (indirekt) Rtung von Sternenlicht Verdeckt Sterne im optischen Photonenemission (s.u.) Photonenfelder (direkt) Photon-Proton (Kern) WW Photon-Photon Paarerzeugung Sternen (optischen und nah Infraroten ~0.1-1 m) Staub (nah und fernes Infrarot (~1-100 m) Gas (Linien und kont. Emission UV bis Infrarot) Synchrotronemission von rel. Elektronen (Radiobereich) Magnetfelder (direkt) Synchrotronverluste Ablenkung Diffusion Abhngig vom Weg des Teilchens !
  • Folie 6
  • 6 Energiedichten im interstellaren Medium Kosmische Strahlung 0.7 eV cm -3 Thermische Strahlung (gesamtes Sternenlicht) 0.3 eV cm -3 Kinetische Energie der interstellaren Materie (10 6 Protonen m -3 mit 7kms -1 ) 0.2 eV cm -3 Galaktisches Magnetfeld B 2 /(2 0 ) (mit B = 2x10 -10 T) 0.1 eV cm -3
  • Folie 7
  • 7 Milchstrasse
  • Folie 8
  • 8 Dynamik in der Galaxie Gas ist gefangen in der Galaktischen Ebene Gas bewegt sich kreisfrmig um das Galaktische Zentrum Differentielle Rotation der Scheibe der Galaxie Sonne: 220 km s -1 Beobachtet v rot ~konst. Festkrper v rot ~r Kepler Orbit v rot ~r -1/2 DARK MATTER
  • Folie 9
  • 9 Spirale aber wie ? Orionarm
  • Folie 10
  • 10 Dichte Wellen Theorie Sterne zirkulieren auf elliptischen Orbits Hauptachsen sind parallel Balken (im Innern von Galaxien) Hauptachsen sind Funktion von R Spiralstruktur
  • Folie 11
  • 11 Simulation zur Spiralstruktur
  • Folie 12
  • 12 Galaktische Koordinaten
  • Folie 13
  • 13 Zwischen den Sternen
  • Folie 14
  • 14 Teil der Galaktischen Ebene beobachtet mit H.E.S.S.
  • Folie 15
  • 15 Interstellare Materie (ISM) Gas 99% Wasserstoff 90% Helium 10% Metalle Staub 1%
  • Folie 16
  • 16 Interstellarer Staub Dunkelwolken - Dunkelnebel Interstellare Extinktion und Rtung Polarisation von Sternenlicht Eigenschaften der Staubkrner Gre Temperatur Eigenstrahlung
  • Folie 17
  • 17 Dunkelwolken - Dunkelnebel Entfernung 500-600 Lj Sdwestlich vom Kreuz des Sdens Kopf des Emus ~90% des Lichts wird absorbiert Konzentration entlang der galaktischen Ebene (Teilung der Milchstrasse) 10%-15% der Masse in der galaktischen Ebene Kohlensack
  • Folie 18
  • 18 Effekte des Staubs Absorption Staub wird von Sternenlicht erhitzt Temperatur T Streuung Polarisation Andere Wellenlnge, da Streuung fr manche Wellenlngen effizienter Thermische Emission Staubt strahlt wie ein Schwarzkrper
  • Folie 19
  • 19 Extinktion E(B-V) Farbexess: E(X-Y) = (X-Y)-(X-Y) 0 B = 440 nm (blau) 0.44 m, 2.27 V = 548 nm (visuell) 0.548 m, 1.82 ~ A v = 3.1 E(B-V) (im Visuellen) Milchstrasse E(B-V)~0.05
  • Folie 20
  • 20 Staubkrner 1 pro 100m 3 Entstehung als Asche in Supernova Ausbrchen Durchmesser D~ D gleiche Grenordnung wie absorbiertes und gestreutes Licht (~100 nm) Fr D~0.6 m und 3000 kg m -3 ergibt sich Staubkornmasse von 3x10 -16 kg Chemische Zusammensetzung: Annahme: Fehlende Elemente im interstellaren Gas im Vergleich zur solaren Verteilung sind in Staub gebunden Dissoziation bei T>1000K
  • Folie 21
  • 21 Polyzyklische- Aromatische- Kohlenwasserstoffe bestehen aus Benzolringen insgesamt 10-100 Kohlenstoffatome (blau) Breite, diffuse Linienemission PAHs (deutsch: PAKs)
  • Folie 22
  • 22 Emission in unserer Galaxy ~400K(!) (PAH) ~70K (warmer Staub) ~20K (kalter Staub) Temperatur
  • Folie 23
  • 23 Interstellares Gas Molekle Linienemission (H 2, CO,) Neutrales Gas (HI Regionen) UV Absorptionslinien 21cm Linie Ionisiertes Gas (HII Regionen) H Linienemission (leuchtende Gasnebel) Heies koronales Gas
  • Folie 24
  • 24 Moleklwolken Molekularer Wasserstoff H 2, CO, CS, HCN, (Beimischungen 0.001%) Molekllinienemission Staubemission Dichteste Regionen (>1% Volumen und 40% der Gesamtmasse der Milchstrasse) Hchste Konzentration als Ring 3.5 7.5 kpc (Sonne 8,5 kpc) Hhe 50-75 pc Verteilung in den Spiralarmen Moleklwolke, bestehend aus dichtem Gas und Staub. Abgebrochen vom Carina Nebel. Ausdehnung ca 2 Lichtjahre.
  • Folie 25
  • 25 Riesen-Moleklwolken Riesen- Moleklwolken (10 4 -10 6 M s ) Ausdehung bis zu 1- 200 pc (3-600 Lj) Dichte Kerne der Wolken sind Orte der Sternentstehung Temperaturen 10K - 30K (khl) Bernard 68
  • Folie 26
  • 26 Wichtige Molekle H 2 und CO H 2 hat nur Linien im UV (stark absorbiert) H 2 Rotationsniveaus erst bei hohen Temperaturen mglich (20K alle e im Grundzustand) H2 ist symmetrisch keine Dipolstrahlung Relation CO/H 2 ~10 -4 CO Verteilung variiert nur wenig Beobachtung von CO -> Indirekte Aussage ber H 2 Verteilung CO emittiert Dipolstrahlung 12 C 16 O (J=1 nach J=0 Angeregtes Rotationsniveau) 0 = 2.60 mm oder 115.27 GHz
  • Folie 27
  • 27 Moleklbildung Dichten sind zu kleine fr thermodynamisches Gleichgewicht Protonen aus kosmischer Strahlung ionisieren Wolken teilweise Ionen reagieren zu Moleklen H 2 + +H 2 H 3 + +H Katalytische Oberflchenreaktionen an Staubkrnern UV Strahlung der Sterne wird vom Staub abgeschirmt, Molekle werden nicht zerstrt
  • Folie 28
  • 28 OH Maser Kompakte Quelle (