Ultrahochenergetische Kosmische Strahlung und andere Botschafter aus Radiogalaxien

• Antragsteller: Dr. Björn Eichmann
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442523381

Der Ursprung der ultrahochenergetischen Kosmischen Strahlung (UHECR) ist noch immer eines der größten Rätsel der modernen Astroteilchenphysik. Eine Identifikation der Quellen war bislang aufgrund der Ablenkungen der geladenen Nukleonen in den galaktischen und extragalaktischen Magnetfeldern nicht möglich. Andere, ungeladene Botenteilchen wie das Photon oder das Neutrino umgehen dieses Problem und liefern zudem noch zusätzliche Informationen. Wie bereits gezeigt wurde besitzen Radiogalaxien - insbesondere dessen relativistische Plasmaauswürfe, die sogenannten Jets - ein großes Potential eine der Hauptquellen der UHECR zu sein. Allerdings steht eine vollständige Erklärung der Datenlage noch aus. In dem Vorhaben soll der Beitrag an UHECR durch Radiogalaxien geklärt werden, wobei die assoziierten Sekundärteilchen, d.h. die Photonen und Neutrinos welche aus der Wechselwirkung der Kosmischen Strahlung hervorgegangen sind, helfen die Quelleigenschaften näher zu spezifizieren. Dabei soll zunächst ein elementares Modell der Jet Dynamik von Radiogalaxien entwickelt werden, welches die Wechselwirkungen der UHECR innerhalb der Quellen berücksichtigt. Sowohl der Antragssteller als auch der Gastgeber haben bereits einige Vorarbeiten in diesem Themenfeld vorzuweisen, so dass das erste Ziel des Vorhabens sein wird diese Arbeiten zu einem umfangreichen "Multi-Messenger"-Model von Radiogalaxien zu vereinen bzw. zu erweitern. Mithilfe der freien Software CRPropa soll anschließend die UHECR, sowie dessen assoziierte Sekundärteilchen von den Quellen zur Erde propagiert werden. Dabei gilt es verschiedene, aktuelle Modelle des extragalaktischen Magnetfeldes zu berücksichtigen und so erste Schlüsse bezüglich der möglichen Beiträge dieser Quellen zu ziehen, abhängig von der Entfernung und dem Lebensalter der Radiogalaxien. Schließlich gilt es mittels eines umfangreichen Fit-Algorithmus die notwendigen Eigenschaften in den Jets von Radiogalaxien zu ermitteln, um den beobachteten Fluss der UHECR sowie dessen chemische Zusammensetzung und die Ankunftsrichtungen zu erklären. Dabei sollen sowohl die aus den Radiobeobachtungen bekannten Quelleigenschaften als auch die Messungen der hochenergetischen Neutrinos und diffusen Gamma-Strahlung berücksichtigt werden. Insgesamt stellt das Projekt eine unmittelbare Fortsetzung der bisherigen Arbeiten des Antragsstellers dar: So wird das bestehende Modell zu einem vollständigen "Multi-Messenger"-Modell der Radiogalaxien erweitert und an Messdaten verifiziert. In diesem Zusammenhang ist die umfangreiche Expertise des Gastgebers in der "Multi-Messenger"-Astronomie von außerordentlichem Nutzen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Norwegen
• Gastgeber: Professor Dr. Michael Kachelrieß