1 kosmische strahlung auf der erde spektrum zusammensetzung direkte beobachtungsmethoden indirekte...
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Kosmische Strahlung auf der Erde
Spektrum Zusammensetzung direkte Beobachtungsmethoden indirekte Beobachtungemethoden (Seminarthemen) Magnetfelder
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Blockseminar-ThemenThemenkreis: Ursprung kosmischer Strahlung 1) Windphasen massiver Sterne 2) Endstadien der Sternentwicklung 3) Kompakte Überreste von Sternen
Themenkreis: Beobachtung von nicht-thermischen Phänomenen 1) Röntgenemission von Supernova-Überresten (Chandra: Filamente+Zeitvariabilität) 2) Gamma-Emission aus der Galaktischen Ebene (EGRET+GLAST) 3) TeV-Beobachtungen von schalenförmigen Supernova-Überresten (HESS) 4) Radiobeobachtungen von kosmischer Strahlung (Ice, Mond, LOPES)
Themenkreis Extragalaktische Beschleuniger 1) Beobachtung und Ursprung ultra-hochenergetischer kosmischer Strahlung (top-down, bottom-
up, AUGER, HiRES,EUSO) 2) Hochenergetische Phänomene in AGN 3) Galaxienhaufen 4) EBL-Absorption
Themenkreis: Exoten 1) Indirekte Suche nach dunkler Materie (PAMELA, HESS, IceCUBE) 2) Dunkle-Materie-Sterne 3) Axion- und Photonoszillationen
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Windphasen massiver Sterne
Massive (O+B)-Sterne durchlaufen am Ende ihrer Entwicklung eine kurze Phase mit großen Masseverlusten (~10-5 Msonne/Jahr).
Mechanismus der Windentstehung ("line driven winds")
Wind-termination Wind-wind-shocks Superbubbles "clumpy" winds
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Endphasen der Sternentwicklung
Kern-Kollaps isolierter massiver Sterne
Akkretion + Deflagration in Binärsystemen
->thermonukleare SN Vergleich der SN-
Typen
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Kompakte Überreste von Sternen weiße Zwerge Neutronensterne schwarze Löcher Pulsarwindsysteme Entartetes Elektronengas ->
weißer Zwerg Chandrasekhar-Grenze Entartetes Neutronengas Tolmann-Oppenheimer-
Volkoff-Grenze Pulsare Magnetare Kompakte Zentralobjekte Pulsar-Wind-Nebel
Krebsnebel (2kpc)
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Röntgenbeobachtungen von Supernovaüberresten (SNR)
Thermische Emission von aufgeheiztem Gas
nicht-thermische Synchrotronstrahlung
Kühlzeit von Elektronen durch Synchrotronemission
nicht-lineare Modifikation (Abkühlung + Magnetfeldverstärkung)
Filamente Zeitvariabilität
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TeV Beobachtungen von Supernovaüberresten (SNR)
Quellen + Charakteristiken
Spektrum + Morphologie Röntgen-TeV-Korrelation,
TeV-Gas-Korrelation) Diskussion: Distanz Effizienz der
Beschleunigung Alter
RX J1713.7-3946 (1kpc)
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Beobachtung und Ursprung ultra-hochenergetischer KS
Theoretische Modelle top-down bottom-up
AUGER HiRES, Zukunft: EUSO
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Hochenergetische Phänomene in Aktiven Galaxien Kernen (AGN)
AGN (Jets, Akkretion, Radio-Galaxien, Blazare)
Extraktion von Energie aus einem schwarzen Loch
relativistische Bewegung in Jets (superlum. motion)
Jet-Confinement Termination lobes Vereinheitlichte
Theorie für AGN
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„Dunkle-Materie Sterne“ (vergeben)
Erste Sterne bei z~10-50 Energieproduktion durch Annihilation von
dunkle Materie Teilchen Gleichgewicht bei:
L = 106Lsonne T = 4000-10.000 K R = 1014 cm T = 0.5Mj M ~ 800 Msonne (WIMPS 100GeV)
Unterscheidung von POPIII Sternen
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Indirekte Suche nach Dunkler Materie (vergeben) Annihilationsprodukte: gamma, neutrinos,
Antimaterie, PAMELA, H.E.S.S. & IceCUBE
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Ausgedehnte Luftschauer
Hadronische Wechselwirkungen
Elektromagnetische Wechselwirkungen
Zerfallsprozesse Cherenkovlicht Floureszenzlicht Theoretische Beschreibung
durchMonte-Carlo Simulationen wie CORSIKA (COsmic Ray SImulations for KAscade)
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Schauerbeschreibung
Anzahl der Teilchen im Schauer: 1 pro 109 eV
Schauermaximum ist näher am Boden je energiereicher Primärteilchen
Schauermaximum ist näher am Boden je größer die Massenzahl der Primärteilchens
xmax Schauermaximum
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Zenithwinkel
Zenithwinkel Azimutwinkel Vertikale Intensität: Richtungsabhängige
Intensität I()=dN/(dAdtd)
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KASKCADE („Knie“)
• 200m x 200m (700m x 700m)• 252 + 37 Detektoren mit 13m Abstand• 16 Hütten bilden einen unabhängigen Cluster• Elektronikstation im Zentrum eines Clusters• Zentraler Detektor in der Mitte des Feldes• 1014-1018 eV• Streamertunnel für Myonen
KArlsruhe Shower Core and Array DEtector-Grande
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KASCADE Zentraler Detektor Messung des Ortes, der Einfallsrichtung und der
Energie von Hadronen (16 x 20 m2)
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Streamertunnel Bestimmung der
Entstehungshöhe von Myonen durch Triangulation
Streamertubes: gasgefüllte Detektoren unter Hochspannung
Geladene Teilchen (Myonen) lösen Entladungen aus
Drei Schichten machen Richtungsbestimmung mögliche
Wenn Richtung mit Kaskade-Schauer übereinstimmt, werden Teilchen als Myonen identifiziert
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AUGER (1020eV)
1600 autarken, solarbetriebenden Oberflächendetektoren (SD) mit 1500 m Abstand
3000 km2 Detektorfeld 1450 m üNN Südamerika (Pampa)
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Oberflächendetektor (SD)
10 m2 Grundfläche 120 cm Höhe gefüllt mit 12 Tonnen
hochreinem Wasser als Detektionsmedium
cwasser ~ c / 1.3 Cherenkov-Licht wird
mit drei 9 Zoll Photomultipliern detektiert
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Floureszenz Detektor (FD)
• 24 Fluoreszenzteleskope • 12 m2 Spiegelfläche• Stickstoff der Luft wird zur Emission von ultraviolettem Fluoreszenzlicht angeregt • Kamera mit 440 Photomultipliern • 0.1 Mikrosekunden aufgezeichnet
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Kamera und Spiegel• Spiegel Radius von 3.4 m• Kamera mit 440 Photomultiplier => 440 Pixel• FOV 30° x 30°• UV Filter (300-400nm)• Klaren mondfreien Nächten => Duty cycle 12%
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