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. & 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. & Yoon, P. H.
  
• 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.
  
• Kinetic theory of small-amplitude fluctuations in astrophysical plasmas, Phys. Rep. 783 (2018) 1
  Kolberg, U. & 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. & Yoon, P. H.