Galaktische Gas-Verteilung und Transport kosmischer Strahlung

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Torsten Enßlin; Professor Dr. Philipp Mertsch
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495252601

Das interstellare Medium der Milchstraße zeigt komplexe Wechselwirkungen von Gas, Staub, Magnetfeldern, Sternenlicht und kosmischer Strahlung. Transport und Wechselwirkungen der kosmischen Strahlung hängen eng miteinander zusammen. Sie werden weiterhin von der räumlichen Verteilung der Quellen kosmischer Strahlung, des galaktischen Gases, des Sternenlichts und der Magnetfelder beeinflusst. Die Rekonstruktion der 3D-Struktur jeder dieser Größen wäre ein großer Fortschritt in der galaktischen Astrophysik und würde auch helfen, die anderen besser anhand von Messdaten zu bestimmen. Wir schlagen eine Reihe von galaktischen 3D-Rekonstruktionen mit sukzessiv wachsender Komplexität vor, von der Dichte der kosmischen Strahlung, deren Quelldichte, der Gasdichte, der Gasgeschwindigkeit und von anderen verwandten Größen. Hierfür erweitern wir bestehende Ansätze zur Gas-Tomographie (GIFT) und Staub-Tomographie basierend auf numerischen Methoden der Informationsfeldtheorie (NIFTy). Um die Quelldichte rekonstruieren zu können, werden wir den PICARD Transport-Code in unsere NIFTy-Inferenzmaschinerie integrieren. Die wissenschaftlichen Produkte dieses Projekts werden öffentlich zugänglich gemacht und ermöglichen eine Reihe von Folgestudien, wie z.B. die 3D-Modellierung des galaktischen Magnetfelds. Zusätzlich zu den 3D-Karten werden wir dazugehörige Unsicherheitskarten und statistische Zusammenfassungen publizieren. Unser Ziel ist eine stark verbesserte Simulation von Transport und Wechselwirkung der kosmischen Strahlung auch zum Zwecke der genaueren Identifizierung deren Quellen. Die dabei entwickelte Methodik der Tomographie, welche die Berechnungen von Strahlungstransport beinhaltet, sollte auch für andere Bereiche von Nutzen sein, wie z.B. der optisch-akustischen medizinischen Bildgebung. Zur Bewältigung der Herausforderungen dieses Unterfangens werden wir unser jeweiliges Expertenwissen kombinieren, welches die Phänomenologie der kosmischen Strahlung, die Bayes'sche Inferenz und numerische Techniken umfasst.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien, Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Dr. Carmelo Evoli, Ph.D.; Dr. Philipp Gschwandtner; Professor Dr. Ralf Kissmann