Der Ursprung der hochenergetischen Gamma-Strahlung vom Krebs-Nebel - Hinweise aus der räumlichen Ausdehnung und gemessenem Energiespektrum

• Antragsteller: Professor Dr. Dieter Horns
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 360780919

Der Krebsnebel ist der Überrest einer Sternexplosion aus dem Jahre 1054 in etwa 6500 Lichtjahren Entfernung. Der Nebel wird in allen zugänglichen Beobachtungsfenstern von Radiowellen bis hin zu den höchsten Energien von knapp 100 TeV beobachtet. Der überwiegende Teil der beobachteten Strahlung ist Synchrotronemission beschleunigter Elektronen, die ursprünglich vom Pulsar in Form eines kontinuierlichen Windes abgegeben werden. Ein Magnetfeld weitgehend unbekannter Struktur und Stärke durchsetzt offensichtlich den Nebel und lenkt die Elektronen ab, so dass es zu der beobachteten Synchrotronstrahlung kommt.Mit den andauernden Beobachtungen des Krebsnebels mit dem Fermi-Large Area Telescope (LAT) haben wir zeigen können, dass der Krebnebel bei GeV-Energien messbar ausgedehnt ist. In diesem Projekt werden wir die Daten sowohl von Fermi-LAT als auch von den H.E.S.S.-Teleskopen dahingehend auswerten, die energieabhängige Quellgröße des Gamma-Nebels zu bestimmen. Zusammen mit dem beobachteten Gamma-Energiespektrum lässt sich damit erstmals die zugrundeliegende Elektronverteiligung in ihrer räumlichen Ausdehnung charakterisieren - unter der Annahme, dass die Gamma-Strahlung in elastischen Streuprozessen (sogenannte "Inverse Compton"-Streuung) erzeugt wird. Im Gegensatz zu der Sychrotronstrahlung ist hierbei nur eine akurate Beschreibung der relevanten Strahlungsfeldes nötig. Aufgrund umfangreicher und archivierter Daten ist dies ohne weitere Beobachtungen einzig mit Archivdaten (z.B. Spitzer, Hubble Space Telescope) möglich. Im letzten Schritt ist dann eine Bestimmung des Magnetfeldes und dessen großskalige Variation im Nebel möglich. Um auszuschließen, dass andere mögliche Strahlenprozesse relevant sind (und unser Ergebnis verfälschen), werden wir als Alternativmodell auch die nicht-thermische Bremsstrahlung in den Regionen hoher Gasdichte untersuchen. Als Ziel des Vorhabens werden wir neben der vertieften Kenntnis der räumlichen (und damit auch zeitlichen) Entwicklung der hochenergetischen Teilchen im Krebsnebel erstmalig eindeutig den Ursprung der hochenergetischen Strahlungskomponente des Krebsnebels erklären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen