Scher-Teilchenbeschleunigung in astrophysikalischen Jets

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Frank Rieger
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467743996

Wo und wie werden die geladenen Teilchen, die wir im Universum sehen, eigentlich auf ihre extremen Energien beschleunigt? Zu den vielversprechendsten Stellen gehören die relativistischen Plasma-Ausströmungen bzw. Jets in Aktiven Galaxien (AGN). Die wachsende Erkenntnis, dass diese AGN-Jets höchstwahrscheinlich eine signifikante, laterale Geschwindigkeitsscherung aufweisen, hat in jüngster Zeit zahlreiche Studien motiviert, die deren Konsequenz für die Teilchenbeschleunigung und nicht-thermische Strahlung untersuchen. Grundsätzlich können schnelle Scherströmungen auf verschiedene Arten und Weisen eine Teilchenbeschleunigung begünstigen. Zu den interessantesten Möglichkeiten gehört ein sog. stochastischer Fermi-Prozess, bei dem sich die Teilchenbeschleunigung als Folge von elastischen Streuungen der Teilchen an in der Strömung eingebetteten Streuzentren ergibt.In diesem Projekt beabsichtigen wir, zentrale Schlüsselfragen und Probleme, die sich bei einer solchen Art der Beschleunigung in AGN-Jets ergeben, zu untersuchen und zu lösen. Dies soll unter Ausnutzung von numerischen, analytischen, und phänomenologischen Methoden geschehen.Wir zielen dabei insbesondere auf (a) eine numerische Lösung der relativistischen Teilchentransportgleichung für zylindrische Jets, mit derer Hilfe vereinfachte, gegenwärtige Beschleunigungsmodelle beurteilt werden können, (b) eine numerische Verifikation des zugrundeliegenden Konzeptes mittels Monte Carlo Simulationen einschließlich einer grundlegenden Erweiterung im Hinblick auf nicht-isotrope Streuung, sowie (c) eine phänomenologische Untersuchung und Modellierung des Beitrages der Scherbeschleunigung zur Erzeugung der energiereichsten kosmische Strahlung (ultra-high energy cosmic rays) und der jüngst entdeckten, ausgedehnten TeV-Emission auf großen Jetskalen. Wir erwarten, dass die Kombination dieser Ergebnisse es uns erlaubt, das physikalische Verständnis der kosmischen Teilchenbeschleunigung entscheidend voranzutreiben und die phänomenologische Relevanz der Scherbeschleunigung zu beurteilen. Wir rechnen daher damit, dass unsere Ergebnisse zur grundlegenden Referenz für zukünftige Forschungsarbeiten wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China, Frankreich, Irland, Spanien
• Kooperationspartner: Professor Peter Duffy; Professor Martin Lemoine; Professor Manel Perucho Pla; Professor Liu Ruoyu