Die Enthüllung des Ursprungs der galaktischen kosmischen Strahlung: Erforschung von Pulsar-Umgebungen bei den höchsten Energien

• Antragstellerin: Dr. Alison Mitchell
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452934793

Dieses Projekt zielt darauf ab, den Ursprung der galaktischen kosmischen Strahlung (CRs), ein grundlegendes offenes Problem in der Astrophysik, durch Studien der Pulsar-Umgebung bei Gammastrahlungsenergien zu enthüllen. CRs sind energereiche geladene Teilchen, die in extremen kosmischen Umgebungen auf hohe Energien beschleunigt werden und dann den Weltraum durchqueren und die Erde kontinuierlich bombardieren.Man geht davon aus, dass galaktische Beschleuniger den Fluss der CR bis zu Energien von 1 PeV dominieren, wo es zu einem Bruch im Allteilchen-CR-Spektrum kommt, die als "Knie" bekannt ist. Obwohl man annimmt, dass der größte Teil des CR-Flusses von Supernovae getragen wird, bleibt der experimentelle Nachweis der Beschleunigung von Teilchen zu PeV-Energien in der Nähe von Supernova-Überresten schwer zu erbringen. Innerhalb der letzten Jahre wurde nachgewiesen, dass Pulsar-Wind-Nebels (PWNe) Elektronen und Positronen auf PeV-Energien beschleunigen, aber der Ursprung PeV-Teilchen anderer Art bleibt unbestätigt. Kürzlich durchgeführte Messungen an zwei nahegelegenen Pulsaren zeigten eine überraschend langsame CR-Diffusion, was zu einer gewissen Spannung mit den derzeitigen theoretischen Modellen führt. Dieses Projekt wird bedeutende Schritte zur Vertiefung unseres derzeitigen Wissens über PWNe-Systeme unternehmen. Es wurden vier Hauptfragen identifiziert, die durch die Verbesserung der Leistung der bodengebundene Gammastrahlungs-Teleskope bei hohen Energien bis hin zu 100 TeV und der verbesserten Analyse von ausgedehnten Quellen mit einer Größe von mehr als etwa 1 Grad angegangen werden können. Diese sind: 1) Welcher Anteil der PWNe-Population beschleunigt Teilchen bis auf PeV-Energien? 2) Gibt es in PWNe Hinweise auf die Beschleunigung hadronischer Teilchen? 3) Wie bewegen sich energiereiche Teilchen durch Pulsarumgebungen und wie werden sie in das interstellare Medium freigelassen? und 4) Sind "Halos" von entwichenen Teilchen ein gemeinsames Merkmal der späten PWNe-Entwicklung? Das vereinigende Ziel dieses Projekts ist daher "Den Beitrag des Pulsars zum Ursprung der galaktischen kosmischen Strahlung zu enthüllen".In der ersten Phase dieses Projekts wird der Schwerpunkt auf technischen Verbesserungen der Datenanalyse und auf detaillierten und präzisen Studien einzelner PWN-Systeme liegen, während in der zweiten Phase ein Hauptziel darin besteht, die Anzahl der bekannten TeV-PWN und Halos zu erhöhen und Multi-Wellenlängen- und Populationsstudien durchzuführen. Die vorgenommenen Verbesserungen der Analyse werden zusätzlich Studien anderer Quellen bei höchsten Energien und erweiterter TeV-Gammastrahlenemission zugute kommen. In ähnlicher Weise werden die wissenschaftlichen Ergebnisse in unser Verständnis von CRs und ihrer breiteren Rolle innerhalb unserer Galaxie einfließen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen