Stoßfreie Schocks in Aktiven Galaxien und in einem Laborplasma

• Antragsteller: Dr. Martin Simon Weidl
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329113474

In vielen astrophysikalischen Systemen formt ein heißes Plasma einen stoßfreien Shock an der Grenzfläche zu seiner Umgebung, wo Turbulenz an Stelle von Stößen das schnellere Plasma abbremst. Beispiele hierfür stellen die Bugstoßwelle der Erde und höchstwahrscheinlich auch die Jets von Aktiven Galaxien dar. Doch in beiden Fällen müssen bereits breit diskutierte, aber rein qualitative Ideen zur Entstehung dieser Schocks, die bei Weitem noch nicht im Detail verstanden sind, quantitativ überprüft werden. Die Turbulenz, ohne die der schmale Übergang zwischen den beiden Seiten des Schocks unmöglich wäre, wird in diesem Vorhaben sowohl numerisch als auch experimentell näher untersucht.Einerseits werde ich in Rechenzentren in Deutschland und in den USA aufwändige numerische Particle-In-Cell-Simulationen durchführen, um genauere Abschätzungen als je zuvor für die Streuraten geladener Teilchen in der Turbulenz von stoßfreien Schocks zu ermitteln. Davon hängen die Energien ab, die Teilchen der hochenergetischen kosmischen Strahlung in Aktiven Galaxien durch Fermi-Beschleunigung erreichen. Mit diesen Daten kann ein an der Universität Würzburg bereits entwickeltes semianalytisches Modell zuverlässige Vorhersagen für die zeitliche Variabilität der Strahlung von Aktiven Galaxien treffen. So werden wir aus Beobachtungsdaten zum Beispiel folgern, welchen Anteil beschleunigte Hadronen an der Emission einer Aktiven Galaxie haben.Währenddessen werden Experimente mit Hochenergie-Lasern in Los Angeles die weltweit ersten parallelen stoßfreien Schocks in einem Laborplasma erzeugen und messen. Durch den Vergleich mit Hybrid-Simulationen werde ich diese Ergebnisse interpretieren und bei der Optimierung des Versuchs mitwirken. Wir werden direkt nachprüfen können, welche Instabilitäten zur Schock-Bildung beitragen. Damit werden wir die Rolle von Plasmaturbulenz für die Entstehung planetarer Bugstoßwellen besser verstehen lernen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Südafrika, USA
• Gastgeber: Professor Dr. Frank Jenko; Professor Dr. Christoph Niemann; Dr. Felix Spanier