Date post: | 05-Apr-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | filabert-strater |
View: | 109 times |
Download: | 0 times |
Seminarvortrag-
AusbreitungKosmischer Strahlung
"Zwei Dinge sind unendlich: Das Universum und die menschliche Dummheit. Aber beim Universum bin ich mir
noch nicht ganz sicher." - Albert Einstein
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
2
Inhalt:
- Rückblick / Allgemeines zur kosmischen Strahlung- Magnetische Felder- Beschreibung der Ausbreitung
- Modell der Galaxis- Transportgleichung- Leaky-Box-Modell
- Spallation- Cosmic Ray Clocks- Fazit
Timo Münzing
Rekapitulation 1
Rekapitulation 2
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
3
Energiespektrum und Quellen
- kleiner 1GeV schwer zu untersuchen
-1GeV bis etwa 5GeV durch galaktische Supernovas
Timo Münzing
- Höhere Energien wahrscheinlich durch extragalaktische Quellen
Der Krebsnebel,Überrest einer Supernova,Aufgenommen vomHubble-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
Timo Münzing
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
Timo Münzing
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
Timo Münzing
Magnetfeld am Beispielder „Whirpool-Galaxie“(oben links: Quasar OC-65)
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
7
Beispielrechnung Magnetfelder
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
8
Beispielrechnung Magnetfelder
- Zentrifugalkraft
- Lorentzkraft
- Gleichsetzen:
Beispielergebnisse für einProton:
Timo Münzing
- 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
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
10
Warum nur galaktische Supernovas?
- Diffuse Ausbreitung: r ~ t2
- durch die Lebensdauer der Teilchen kommen nur galaktische Supernovas in Frage
Timo Münzing
Große Magellansche WolkeIllustration der Milchstraße
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
11
Rekapitulation
- Beeinflussung der Strahlung durch:
Timo Münzing
- Magnetfelder
- Energiegewinne/-verluste- Kollisionen- radioaktiver Zerfall
- Beeinflussung durch Magnetfeld bis etwa 106GeV besonders von Bedeutung (Isotropie)
- Isotropie durch:
- galaktische Supernovas wegen r ~ t2
FZ = FL
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
12
Beschreibung
für die Ausbreitung der
kosmischen Strahlung
Timo Münzing
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
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
14
Transportgleichung
- Aufstellen einer allgemeinen Gleichung
- Differentialgleichung mit N(E,x,t)
Was beinhaltet eine solche Gleichung?
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
15
Transportgleichung
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
16
Transportgleichung
- Diffusionsterm
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
17
Transportgleichung
- Diffusionsterm
- Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation)
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
18
Transportgleichung
- Diffusionsterm
- Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation)
- Konvektion
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
19
Transportgleichung
- Diffusionsterm
- Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation)
- Konvektion
- Quellterm
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
20
Transportgleichung
- Diffusionsterm
- Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation)
- Konvektion
- Quellterm
- Verlust durch Kollisionen und Zerfall
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
21
Transportgleichung
- Diffusionsterm
- Energiegewinne/-verluste (Beschleunigung/Ionisation)
- Konvektion
- Quellterm
- Verlust durch Kollisionen und Zerfall
- Spallation
Timo Münzing
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
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
23
Vereinfachende Modelle
- Leaky-Box-Modell
- Nested Leaky-Box-Modell
kleine abgeschlossene Volumen um Quellen(beispielsweise Supernovas in dichten Wolken)
- Closed Galaxy-Modell
Spezialfall des Nested Leaky-Box-Modell / LokalerSpiralarm der Galaxie ist eingeschlossenes Volumen
- Diffusionsmodelle
Diffusionsterm keine Konstante schwer zu lösen
Konstante Dichte / abgeschlossenes Volumen
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
24
Vereinfachende Modelle
- Leaky-Box-Modell
- Nested Leaky-Box-Modell
kleine abgeschlossene Volumen um Quellen(beispielsweise Supernovas in dichten Wolken)
- Closed Galaxy-Modell
Spezialfall des Nested Leaky-Box-Modell / LokalerSpiralarm der Galaxie ist eingeschlossenes Volumen
- Diffusionsmodelle
Diffusionsterm keine Konstante schwer zu lösen
Konstante Dichte / abgeschlossenes Volumen
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
25
Leaky-box-Modell
- Konstante Dichte im betrachteten Volumen
- Teilchen werden am Rand reflektiert
- konstante (energieabhängige) Entweichswahrscheinlichkeit
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
26
Leaky-box-Modell
Timo Münzing
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
27
Leaky-box-Modell
Timo Münzing
1.
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
28
Leaky-box-Modell
Timo Münzing
1.
2. Vernachlässigung von Energiegwinnen/-verlusten
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
29
Leaky-box-Modell
Timo Münzing
1.
2. Vernachlässigung von Energiegwinnen/-verlusten
3. Vernachlässigung von Konvektion
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
30
Leaky-box-Modell
Timo Münzing
1.
2. Vernachlässigung von Energiegwinnen/-verlusten
3. Vernachlässigung von Konvektion
4. Konstante Dichte
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
31
Leaky-box-Modell
Timo Münzing
1.
2. Vernachlässigung von Energiegwinnen/-verlusten
3. Vernachlässigung von Konvektion
4. Konstante Dichte
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
32
Rekapitulation
Timo Münzing
- Welcher Term steht wofür?
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
33
Rekapitulation
Timo Münzing
- Welcher Term steht wofür?
- Diffusionsterm
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
34
Rekapitulation
Timo Münzing
- Welcher Term steht wofür?
- Diffusionsterm
- Energiegewinne/-verluste
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
35
Rekapitulation
Timo Münzing
- Welcher Term steht wofür?
- Diffusionsterm
- Energiegewinne/-verluste
- Konvektion
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
36
Rekapitulation
Timo Münzing
- Welcher Term steht wofür?
- Diffusionsterm
- Energiegewinne/-verluste
- Konvektion
- Quellterm
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
37
Rekapitulation
Timo Münzing
- Welcher Term steht wofür?
- Diffusionsterm
- Energiegewinne/-verluste
- Konvektion
- Quellterm
- Kollisionen und Zerfall
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
38
Rekapitulation
Timo Münzing
- Welcher Term steht wofür?
- Diffusionsterm
- Energiegewinne/-verluste
- Konvektion
- Quellterm
- Kollisionen und Zerfall
- Spallation
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
39
Rekapitulation
Timo Münzing
- Welcher Term steht wofür?
- Diffusionsterm
- Energiegewinne/-verluste
- Konvektion
- Quellterm
- Kollisionen und Zerfall
- Spallation
- Leaky Box Modell:
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
40
Rekapitulation
Timo Münzing
- Welcher Term steht wofür?
- Diffusionsterm
- Energiegewinne/-verluste
- Konvektion
- Quellterm
- Kollisionen und Zerfall
- Spallation
- Leaky Box Modell:
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
41
Spallation
Timo Münzing
- „Zertrümmern“ von Primärteilchen führt zu Sekundärteilchen
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
42
Spallation
Timo Münzing
- „Zertrümmern“ von Primärtermen führt zu Sekundärteilchen
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
43
Spallation
Timo Münzing
- „Zertrümmern“ von Primärtermen führt zu Sekundärteilchen
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
44
Spallation
Timo Münzing
- „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
Timo Münzing
- Man kennt Zerfallszeit bestimmter Atome
- Man kennt Ursprungsmenge also auch Menge der Kerne, die noch messbar sein sollten
Aus der Abweichung kann die Verbleibzeitin der Galaxie berechnet werden
- wichtigstes Isotop: 10Be
- Halbwertszeit: τ0 = 3,9*10 j 6
gemessen wird γ*τ0 (relativistisch)
- Zerfall in B 10
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
46
Cosmic Ray Clocks
Timo Münzing
- Beschreibung mit einer Gleichung
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
47
Cosmic Ray Clocks
Timo Münzing
- Beschreibung mit einer Gleichung
- Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion
und Stößen
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
48
Cosmic Ray Clocks
Timo Münzing
- Beschreibung mit einer Gleichung
- Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion
und Stößen
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
49
Cosmic Ray Clocks
Timo Münzing
- Beschreibung mit einer Gleichung
- Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion
und Stößen
- Verluste durch Spallation:
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
50
Cosmic Ray Clocks
Timo Münzing
- Beschreibung mit einer Gleichung
- Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion
und Stößen
- Verluste durch Spallation:
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
51
Cosmic Ray Clocks
Timo Münzing
- Beschreibung mit einer Gleichung
- Vernachlässigung von Energiegewinnen/-verlusten, Konvektion
und Stößen
- Verluste durch Spallation:
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
52
Cosmic Ray Clocks
Timo Münzing
- leichte Elemente entstehen hauptsächlich durch Spallation
Quellterm kann als Rate Ci geschrieben werden
- Mit dem Leaky-Box-Model folgt:
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
53
Cosmic Ray Clocks
Timo Münzing
- Ist das Element radioaktiv, so muss noch der Zerfallsterm
ergänzt werden ( ist die Halbwertszeit)
- Verhältnis zwischen stabilen und instabilen Teilchen aufstellbar
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
54
Cosmic Ray Clocks
Timo Münzing
- Instabiles Teilchen (z.B. Be):
- Stabiles Teilchen (z.B. B):
- Verhältnis:
10
10
- Wir wissen:
durch Messung des Verhältnisses sind N und ti berechenbar!
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
55Timo Münzing
RUNJOB - Experiment
- Rate fällt mit zunehmender Energie
Hochenergetische Teilchen haben kürzere Verweilzeit
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
56
Fazit
Timo Münzing
- Ablenkung in erster Linie durch Magnetfelder
- Höchstenergetische Strahlung wird allerdings kaum abgelenkt
- Transportgleichung
- Leaky Box Model
Niederenergetische Strahlung aus galaktischen Quellen
Extragalaktische Quellen
- Cosmic Ray Clocks
Hauptseminarvortrag zur Ausbreitung der kosmischen Strahlung
57
Quellen
Timo Münzing
- High Energy Astrophysics: Volume 1, Malcom S. Longair
- High Energy Astrophysics: Volume 2, Malcom S. Longair
- Cosmic rays and particles, Thomas K. Gaisser
- Teilchenastrophysik, H.V. Klapdor-Kleingrothaus/K.Zuber
- http://www.spacetelescope.org/index.html
- http://gallery.spitzer.caltech.edu
- 29th International Cosmic Ray Conference Pune (2005) 00, 101-104
Danke für eure Aufmerksamkeit!
„Es gibt eine Theorie, die besagt, dass wenn jemals irgendwer genau herausfindet, wozu das Universum da ist und warum es
da ist, dann verschwindet es auf der Stelle und wird durch etwas noch Bizarreres und Unbegreiflicheres ersetzt.“
„Es gibt eine andere Theorie, nach der das schonlängst passiert ist.“
- Douglas Adams, Per Anhalter durch die Galaxie