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Seminarvortrag -

Ausbreitung Kosmischer Strahlung. Seminarvortrag -. "Zwei Dinge sind unendlich: Das Universum und die menschliche Dummheit. Aber beim Universum bin ich mir noch nicht ganz sicher." . - Albert Einstein. Inhalt:. Rückblick / Allgemeines zur kosmischen Strahlung Magnetische Felder

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Presentation Transcript

  1. Ausbreitung Kosmischer Strahlung Seminarvortrag- "Zwei Dinge sind unendlich: Das Universum und die menschliche Dummheit. Aber beim Universum bin ich mir noch nicht ganz sicher." - Albert Einstein

  2. Inhalt: • Rückblick / Allgemeines zur kosmischen Strahlung • Magnetische Felder • Beschreibung der Ausbreitung • Modell der Galaxis • Transportgleichung • Leaky-Box-Modell Rekapitulation 1 Rekapitulation 2 • Spallation • Cosmic Ray Clocks • Fazit Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  3. Energiespektrum und Quellen - kleiner 1GeV schwer zu untersuchen • 1GeV bis etwa 5GeV durch • galaktische Supernovas - Höhere Energien wahrscheinlich durch extragalaktische Quellen Der Krebsnebel, Überrest einer Supernova, Aufgenommen vom Hubble-Space-Telescope Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  4. Ausbreitung der Strahlung Was beeinflusst die Strahlung auf ihrem Weg zur Erde? • Magnetfelder • Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Spallation) • Kollisionen • radioaktiver Zerfall Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  5. Ausbreitung der Strahlung Was beeinflusst die Strahlung auf ihrem Weg zur Erde? • Magnetfelder • Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Spallation) • Kollisionen • radioaktiver Zerfall Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  6. Magnetfelder und ihre Auswirkungen - Strahlung kommt isotrop auf der Erde an • galaktische, ungeordnete Magnetfelder • etwa 2,5μG im Universum • bei uns ~3μG, parallel zur galaktischen Scheibe Magnetfeld am Beispiel der „Whirpool-Galaxie“ (oben links: Quasar OC-65) Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  7. Beispielrechnung Magnetfelder Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  8. Beispielrechnung Magnetfelder - Zentrifugalkraft • Lorentzkraft • Gleichsetzen: Beispielergebnisse für ein Proton: - E = 3GeV  r ≈ 3∙1012 m ≈ 20 AE - E = 6GeV  r ≈ 3∙1015 m ≈ 250 [Größe Sonnensystem] - E = 9GeV  r ≈ 3∙1018 m ≈ 317 ly Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  9. Schlussfolgerungen - Isotropie • kleiner als 5GeV aus • unserer Galaxis Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  10. Warum nur galaktische Supernovas? 2 - Diffuse Ausbreitung: r ~ t • durch die Lebensdauer der Teilchen kommen nur galaktische • Supernovas in Frage Große Magellansche Wolke Illustration der Milchstraße Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  11. Rekapitulation - Beeinflussung der Strahlung durch: • Magnetfelder • Energiegewinne/-verluste • Kollisionen • radioaktiver Zerfall • Isotropie durch: FZ = FL • Beeinflussung durch Magnetfeld • bis etwa 106GeV besonders • von Bedeutung (Isotropie) r ~ t2 • galaktische Supernovas wegen Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  12. Beschreibung für die Ausbreitung der kosmischen Strahlung Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  13. Vorstellung unserer Galaxis - Dichte größtenteils in der galaktischen Scheibe zentriert • Radius ~ 15kpc • Höhe ~300pc • Radius des Halo ~ 2-4kpc Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  14. Transportgleichung - Aufstellen einer allgemeinen Gleichung • Differentialgleichung mit N(E,x,t) Was beinhaltet eine solche Gleichung? Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  15. Transportgleichung Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  16. Transportgleichung - Diffusionsterm Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  17. Transportgleichung - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation) Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  18. Transportgleichung - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation) - Konvektion Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  19. Transportgleichung - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation) - Konvektion - Quellterm Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  20. Transportgleichung - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation) - Konvektion - Quellterm - Verlust durch Kollisionen und Zerfall Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  21. Transportgleichung - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation) - Konvektion - Quellterm - Verlust durch Kollisionen und Zerfall - Spallation Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  22. Transportgleichung - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation) - Konvektion - Quellterm - Verlust durch Kollisionen und Zerfall - Spallation Komplizierte, gekoppelte DGL Suche nach einfachen Modellen Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  23. Vereinfachende Modelle - Leaky-Box-Modell Konstante Dichte / abgeschlossenes Volumen - NestedLeaky-Box-Modell kleine abgeschlossene Volumen um Quellen (beispielsweise Supernovas in dichten Wolken) - ClosedGalaxy-Modell Spezialfall des NestedLeaky-Box-Modell / Lokaler Spiralarm der Galaxie ist eingeschlossenes Volumen - Diffusionsmodelle Diffusionsterm keine Konstante schwer zu lösen Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  24. Vereinfachende Modelle - Leaky-Box-Modell Konstante Dichte / abgeschlossenes Volumen - NestedLeaky-Box-Modell kleine abgeschlossene Volumen um Quellen (beispielsweise Supernovas in dichten Wolken) - ClosedGalaxy-Modell Spezialfall des NestedLeaky-Box-Modell / Lokaler Spiralarm der Galaxie ist eingeschlossenes Volumen - Diffusionsmodelle Diffusionsterm keine Konstante schwer zu lösen Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  25. Leaky-box-Modell - Konstante Dichte im betrachteten Volumen • Teilchen werden am Rand reflektiert • konstante (energieabhängige) Entweichswahrscheinlichkeit Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  26. Leaky-box-Modell Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  27. Leaky-box-Modell 1. Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  28. Leaky-box-Modell 1. 2. Vernachlässigung von Energiegwinnen/-verlusten Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  29. Leaky-box-Modell 1. 2. Vernachlässigung von Energiegwinnen/-verlusten 3. Vernachlässigung von Konvektion Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  30. Leaky-box-Modell 1. 2. Vernachlässigung von Energiegwinnen/-verlusten 3. Vernachlässigung von Konvektion 4. Konstante Dichte Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  31. Leaky-box-Modell 1. 2. Vernachlässigung von Energiegwinnen/-verlusten 3. Vernachlässigung von Konvektion 4. Konstante Dichte Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  32. Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  33. Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  34. Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  35. Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste - Konvektion Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  36. Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste - Konvektion - Quellterm Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  37. Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste - Konvektion - Quellterm - Kollisionen und Zerfall Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  38. Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste - Konvektion - Quellterm - Kollisionen und Zerfall - Spallation Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  39. Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste - Leaky Box Modell: - Konvektion - Quellterm - Kollisionen und Zerfall - Spallation Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  40. Rekapitulation - Welcher Term steht wofür? - Diffusionsterm - Energiegewinne/-verluste - Leaky Box Modell: - Konvektion - Quellterm - Kollisionen und Zerfall - Spallation Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  41. Spallation - „Zertrümmern“ von Primärteilchen führt zu Sekundärteilchen Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  42. Spallation - „Zertrümmern“ von Primärtermen führt zu Sekundärteilchen Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  43. Spallation - „Zertrümmern“ von Primärtermen führt zu Sekundärteilchen Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  44. Spallation - „Zertrümmern“ von Primärtermen führt zu Sekundärteilchen • wieso sind B, Be und Li • so häufig? entstehen besonders oft bei der Spallation. Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  45. Cosmic Ray Clocks - Man kennt Zerfallszeit bestimmter Atome - Man kennt Ursprungsmenge also auch Menge der Kerne, die noch messbar sein sollten Aus der Abweichung kann die Verbleibzeit in der Galaxie berechnet werden - wichtigstes Isotop: 10Be - Halbwertszeit: τ0 = 3,9*10 j 6 gemessen wird γ*τ0 (relativistisch) 10 - Zerfall in B Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  46. Cosmic Ray Clocks - Beschreibung mit einer Gleichung Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  47. Cosmic Ray Clocks - Beschreibung mit einer Gleichung - Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion und Stößen Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  48. Cosmic Ray Clocks - Beschreibung mit einer Gleichung - Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion und Stößen Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  49. Cosmic Ray Clocks - Beschreibung mit einer Gleichung - Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion und Stößen - Verluste durch Spallation: Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

  50. Cosmic Ray Clocks - Beschreibung mit einer Gleichung - Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion und Stößen - Verluste durch Spallation: Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung

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