Populationssynthese galaktischer hochenergetischer Gamma-Quellen

• Antragstellerin: Dr. Kathrin Egberts
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500120112

Kosmische Strahlung, eine sehr hochenergetische Teilchenstrahlung, ist in unserer Milchstraße allgegenwärtig. Sie wechselwirkt mit Materie und Strahlungsfeldern unter Produktion von energetischer Gammastrahlung, die genutzt werden kann, um Ursprung und Propagation der kosmischen Strahlung zu erforschen. Das Feld der sehr hochenergetischen (VHE) Gammastrahlung hat in den letzten Jahren eine explosionsartige Entwicklung erfahren, insbesondere in der galaktischen Ebene, wo das High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) 78 Quellen und eine schwache Komponente großflächig-diffuser Gammastrahlung detektierte. Die H.E.S.S.-detektierten Quellen stellen nur die Spitze des Eisbergs der galaktischen Quellpopulation dar, und unser bisheriges Verständnis der VHE Gammastrahlung ist auf diese Quellen beschränkt. Weder die gesamte Quellpopulation noch die Messung großflächig-diffuser Strahlung, die sich aus Propagationseffekten und unaufgelösten Quellen in unbekannter Gewichtung zusammensetzt, sind auch nur ansatzweise verstanden. Dreh- und Angelpunkt für ein solches Verständnis ist die Frage nach den Gammaquellen unterhalb der Detektionsschwelle, den unaufgelösten Quellen.Ziel dieses Projektes ist die umfassende Charakterisierung der Gammaquellen-Population und die Anwendung auf die diffuse Emission, um die Beiträge von unaufgelösten Quellen und “wirklicher” diffuser Emission zu entflechten. Zu diesem Zweck wird ein existierender Populationssynthesen-Code, den die Antragstellerin entwickelt hat, erweitert, um die Population der galaktischen Gammaquellen auf der Basis des H.E.S.S. Quellkatalogs zu beschreiben. Spezielles Augenmerk liegt dabei auf der realistischen Beschreibung der H.E.S.S. Daten, unter besonderer Berücksichtigung der komplexen Abhängigkeiten der Sensitivität, der Konfusion von Quellen und fehlenden Quellinformationen wie Entfernung oder räumliche Ausdehnung von Punktquellen. Die Einbindung von spektraler Information ermöglicht einen Vergleich mit Instrumenten anderer Energiebereiche wie dem Fermi-Large Area Telescope und dem High-Altitude Water Cherenkov Observatory. Aufgrund der komplementären Eigenschaften dieser Instrumente kann damit wertvolle Information gewonnen und gleichzeitig ein konsistentes Bild in den verschiedenen Wellenlängen sichergestellt werden. Erweitert und getestet wird der Ansatz unter Zuhilfenahme der Physik der einzelnen Objektklassen. Basierend auf den Erkenntnissen zur galaktischen Quellpopulation werden Simulationen der Milchstraße in VHE Gammastrahlung erstellt. Diese kommen zum Einsatz in einer präziseren Messung der großflächig-diffusen Emission inklusive Zerlegung in die einzelnen Komponenten, was zum ersten Mal eine bedeutungsvolle Interpretation der Ergebnisse im Sinne der Propagation kosmischer Strahlung ermöglicht. Eine weitere Anwendung ist das Studium der speziellen Herausforderungen und Limitationen für das zukünftige Cherenkov Telescope Array.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Ralf Kissmann