Intergalactic magnetic fields and plasma effects of relativistic pair beams from photon-photon-absorption of the TeV emission of cosmological blazars

• Applicant: Professor Dr. Reinhard Schlickeiser
• Subject Area: Astrophysics and Astronomy ; Nuclear and Elementary Particle Physics, Quantum Mechanics, Relativity, Fields
• Term: from 2015 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 268773749

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Die Detektion von TeV-Photenemission von mehr als 30 Blasaren bei kosmologischen Entfernungen mit Luft-Cherenkov Teleskope hat das neue Arbeitsfeld der Plasma-Blasar-Kosmologie begründet. Jeder dieser Blasare mit Rotverschiebung grösser als z = 0.018 erzeugt mit seiner entsandten TeV-Gammastrahlung energiereiche e± Paar-Teilchen-Strahlen in Doppel-Photon Wechselwirkungen mit dem extragalaktischen Hintergrundlicht. Diese Paar-Teilchen-Strahlen unterliegen schnellen zwei-strom-artigen kinetischen Plasmainstabilitäten sowohl elektrostatischer als auch elektromahnetischer Natur im unmagnetisierten intergalaktischen Medium. Die Dissipation der freien kinetischen Energie der Paar-Strahlen im intergalaktischen Medium hat wichtige Konsequenzen für die thermsiche Geschichte des intergalaktischen Mediums und der kosmischen Strukturbildung nach der Reionisations-Epoche. In diesem Projekt wurden wichtige plasmaphysikalische und teilchenphysikalische Prozesse untersucht wie die kinetische Instabilitätsanalyse von elektrostatischen und elektromagnetischen Fluktuationen durch Teilchenstrahlen, die Erzeugung fluktuierender aperiodischer Magnetfelder durch vollrelaxierte relativistische Elektron-Positron-Strahlen und Plasmaeffekte durch ultrahochenergetische kosmische Hadronen im inmagnetisierten intergalaktischen Medium.

Publications

• The reduction of distant blazars’ inverse Compton cascade emission by plasma instability induced beam plateauing, Monthly Not. Royal Astron. Soc. 448 (2015) 3405
  Menzler, U., Schlickeiser, R.
  
• Amplification of collective magnetic fluctuations in magnetized bi-Maxwellian plasmas for parallel wave vectors. I. Electron-proton plasma, Astrophys. J. 829 (2016) 41
  Vafin, S., Schlickeiser, R. and Yoon, P. H.
  
• Electromagnetic fluctuation spectra of collective oscillations in magnetized Maxwellian equal mass plasmas for low-frequency waves, Phys. Plasmas 23 (2016) 052117
  Vafin, S., Schlickeiser, R. and Yoon, P. H.
  
• Kinetic theory of small-amplitude fluctuations in astrophysical plasmas, Phys. Rep. 783 (2018) 1
  Kolberg, U. and Schlickeiser, R.
  
• Plasma effects on xxtragalactic ultrahigh-energy cosmic-ray hadron beams in cosmic voids II. Kinetic instability of parallel electrostatic waves, Astrophys. J. 818 (2018) 134
  Krakau, S., Schlickeiser, R.
  
• Primordial plasma fluctuations I. Magnetization of the early universe by dark aperiodic fluctuations in the past myon and prior electron annihilation epoch, Astrophys. J. 857 (2018) 29
  Schlickeiser, R., Kolberg, U. and Yoon, P. H.