Was macht eigentlich die theoretische Astroteilchenphysik?
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Wasmachteigentlichdie theoretischeAstroteilchenphysik? AnatoliFedynitch (DESYTHAT/NEUCOS) MassenverteilungimUniversum DunkleEnergie 68% ? ? ????? ????? ???????? ???????? Quelle:PLANCK DunkleMaterie 27% Alleswaswir kennen (sehen) 5% LichtalsInformationsträger UmLicht,dasvon“Etwas”ausgeht sehen zu können, mussdieses“Etwas”LichtABSTRAHLEN. EmissionundAbsorption Temperaturstrahlung • (Elektromagnetische)Strahlungwirdemittiert,wenn • SichtbareMaterieeineTemperatur>0Kbesitztundder elektromagnetischenWechselwirkungunterliegt • ElektrischeLadungsichinbeschleunigterBewegungbefindet • Teilchenprozessestattfinden,dieMaterieinLichtkonvertieren • Strahlungwirdabsorbiert,wenn VomPrinzipidentisch („symmetrisch”) • MaterieimWegist(z.B.Nebel),d.h.Lichtkonvertiertin (thermische)Bewegungsenergie • ElektromagnetischesPotenzial(z.B.Magnetfelder)LichtinMaterie konvertiert e+ g e- • Teilchenprozessestattfinden,dieLichtinMateriekonvertieren e- DasBesondereanhohenEnergien • DiePräsenzhochenergetischerStrahlung(Röntgen+Gamma)deutetauf • diePräsenzvonTeilchen, • dieBeschleunigungvonTeilchen, • undaufrelativistischeGeschwindigkeitenhin, • d.h.aufnicht-thermische Prozesse. • EskannnichtdurchbesondersheißeoderbesondersschnellenichtrelativistischeQuellenaufGrundihrerTemperaturoderBewegung emittiertwerden Astro +Teilchen=Astroteilchenphysik Krebsnebelals”Standardkerze” • SternalsSupernovaexplodiert(1054 n.Chr.) • Neutronensternrotiertundbläst (Elektronen-)WindgegenÜberreste • GutesStudienobjekt(Standardkerze): • Alterbekannt • Entfernungbekannt • Zentrale/einzelneQuelle • ErstvorwenigenJahrenals Teilchenbeschleunigeridentifiziert IdentifizierteQuellenhochenergetischerStrahlung WosinddieTeilchen? ...kommtnicht aus RichtungderQuelle ...hinterlässtnur schwachesSignal ...kann aufdemWeg absorbiertwerden BahnenkosmischerStrahlen Quelle:NASA WasmachtdieTheorie? • Astronomie=Beobachtung,Vermessung,Methoden... • klassisch:Astrophysik=Modellierung+Interpretation+Verifikation (grundsätzlichtheoretisch) • HeutigeTheorie:meistModellierungastrophysikalischerProzesseund Quellen(Computer) ImFolgenden:ausgewählte(DESY)Disziplinen undaktuelleFragestellungen Hydrodynamik • Sterne:starkkomprimiertesGas • InterstellaresMedium:Gas • VerhaltenentsprichtFlüssigkeit beigrober Betrachtung(kontinuierlichesLimit) • Hydrodynamik:WissenschaftderGaseund Flüssigkeiten • SehrhoherRechenaufwand(MCPUh) Quelle:Spitzer Quelle:Spitzer NeutronensternimZentrumseinesVorgängers • PräzedierendenNeutronensternim seinemVorgängerstern(14M☉) • DurchsichtigeFlächen:Lorentzfaktor = Windgeschwindigkeit • Farbflächen:Dichte Itoetal.andM.Barkov,ApJ,2015 NeutronensternumkreistnormalenStern Orbitd.Neutronensterns Winddes Neutronensterns Winddes Zentralsterns Zentralstern Bosch-Ramon,M.Barkov, Perucho,2015 SterndurchquerteinenAGNJet Bosch-Ramon,Perucho,M.Barkov,2012 Plasmaphysik • Particle inCell (PIC)Simulationen: • HoherRechenaufwand • sehrkleineBereiche • DafüraberhoheAuflösung/Genauigkeit • MikroskopischesVerhalten astrophysikalischerPlasmen • Bedingungenfür Teilchenbeschleunigung? • GruppeMartinPohl (THAT) EntstehungvomPlasmawellendurchInstabilitäten Multi-Messenger PierreAuger, TA,IceTop,… PierreAugerObs. HESS,CTA,… Kosmische Strahlen Gamma-Astronomie GibtesgemeinsameQuellen? Könnenwirunterschiedliche Beobachtungenfürganzheitliches Verständnisnutzen? IceCube, ICGen-2, KM3NeT Neutrino-Astronomie Gravitationswellen?? AdvancedLIGO, LISA,ET,… Strahlungsmodelle Gruppe THAT/NEUCOS WalterWinter Abstraktion! ZuKomplexumalleDetailsineiner Simulationzuberücksichtigen! Beschleunigungszone Atomkerne Licht Strahlungszone Nukleonen Neutrinos EmissionvonEnergie undMateriewellen Teilchenbeschleunigung Teilchen undPhotonproduktion Transportgleichungen Teilchen entkommen aus derQuelle Veränderungder Anzahleiner SpeziesinderZeit Beschleunigungszone Strahlungszone Energieverlust/Abstrahlungals Licht Ausströmenaus Strahlungszone Einströmenaus Beschleunigungszone Atomkerne Teilchen Nj aus Beschleunigungszone Licht Nukleonen Neutrinos Spezies Ni Resümee • TheoretischeAstroteilchenphysikisteinaktivesunddynamischesFeld! • NeueGenerationenvonTeleskopen,Neutrino- undGravitationswellendetektoren könntenNicht-VerstandeneserklärenundzuunerwartetenErkenntnissenführen • VerfeinerungundEntwicklungimmerbessererModelledurchwachsendeZahlan Beobachtungen(Daten)undRechenleistung • GanzheitlicheMulti-MessengerModelleundSimulationennoch„inKinderschuhen“ mitvielEntwicklungspotenzial FallsSiedasallesnichtinteressiert, dannhabenwirimmerhin diebestenAnimationen!!
