Die Modellierung des zeitabhängigen Sonnenschattens der kosmischen Strahlung und die damit zusammenhängenden Gamma- und Neutrinosignaturen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Privatdozent Dr. Horst Fichtner; Professorin Dr. Julia Tjus
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437789084

Seit einigen Jahrzehnten ist bekannt, das sowohl die Sonne als auch der Mond den Fluss Kosmischer Strahlungsteilchen Richtung Erde geometrisch blockieren. Auf diese Weise verursachen sie Bereiche reduzierter Intensität in räumlich aufgelösten Beobachtungen, die als "Kosmische Strahlungsschatten" dieser Himmelskörper bezeichnet werden. Geladene Kosmische Strahlungsteilchen bis zu und sogar oberhalb einer Energie von 1 TeV erfahren zusätzlich eine Ablenkung im Magnetfeld der Sonnenkorona. Ionen der Kosmischen Strahlung, hauptsächlich Protonen, lösen über ihre Wechselwirkung mit der Materie der solaren Atmosphäre Teilchenschauer aus. Unter den endgültigen Zerfallsprodukten in diesen Kaskaden sind Gammastrahlungsteilchen und Neutrinos, die mit Instrumenten wie Fermi bzw. IceCube oder HAWK detektiert werden können. Zusätzlich erzeugen Elektronen der Kosmischen Strahlung über inverse Compton-Streuung am solaren Strahlungsfeld weitere Gammastrahlungsteilchen. Alle diese Prozesse sind direkt oder indirekt sensitiv zum solaren Magnetfeld, von dem man daher erwarten muss, dass es Signaturen in diesen Messungen hinterlässt. Neben einer Quantifizierung der Signifikanz einer akuraten Modellierung des Magnetfeldes der Sonne für ihren Kosmischen Strahlungsschatten wird die Studie es erlauben, Randbedingungen für das Feld selbst in Bereichen abzuleiten, die bisher noch nicht in situ erkundet wurden. Das zentrale Ziel des Projektes ist es die Signaturen des solaren Magnetfeldes in den Messungen hochenergetischer Kosmischer und Gamma-Strahlungsteilchen sowie Neutrinos quantitativ zu erforschen und die gegenwärtig existierenden Diskrepanzen zwischen Theorie und Messungen aufzulösen. Das Projekt kann nur durch die Anwendung von Kenntnissen aus der Hochenergieastroteilchenphysik (Forschungsgebiet von J. Tjus) und der Heliophysik (Forschungsgebiet von H. Fichtner) erfolgreich durchgeführt werden. Die Studie ist sehr zeitgemäß, weil sie durch Kombination der Expertise aus diesen beiden Gebieten in zweifacher Weise zur gegenwärtigen Forschung beitragen wird. Erstens wird sie Trajektorien Kosmischer Strahlungsteilchen in realistischen, datenbasierten, zeitlich variierenden Magnetfeldkonfigurationen liefern. Zweitens wird sie die Berechnung der Gammastrahlungs- und Neutrinoflüsse infolge Kosmischer Strahlungs-induzierter Kaskaden signifikant verbessern. Die bereits exisitierende Kollaboration zwischen den beiden Forschungsgruppen an der Ruhr-Universität Bochum bietet eine einzigartige Chance eine vereinheitlichte Beschreibung des Transports Kosmischer Strahlung sowie ihrer Wechselwirkung und Strahlungsproesse zu entwicklen, die die Tür zu einer detaillierten Untersuchungdarüber öffnen wird, in welcher Weise Signaturen des solaren Magnetfeldes verwendet werden können um das Feld selbst sowie den Transport hochenergetischer Kosmischer Strahlung in diesem und in der innersten Heliosphäre besser verstehen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Paolo Desiati, Ph.D.