Astronomie

Kosmische Strahlung - Elektronen in kosmischen Strahlen

Elektronen in kosmischen Strahlen

Die meisten Elektronen in den Primärkernen werden in den ursprünglichen kosmischen Strahlungsquellen erzeugt, die die Primärkerne produzieren. Ein kleiner Teil der Elektronen stammt aus Kollisionen zwischen Atomkernen der primären kosmischen Strahlung und interstellarem Wasserstoff , die geladene Mesonen produzieren - hauptsächlich Pionen. Diese Pionen haben eine Halbwertszeit von etwa zweihundertmillionstel Sekunden und zerfallen in Myonen ; Die Myonen zerfallen dann und produzieren Elektronen, Positronen und Neutrinos . Die Elektronen und Positronen bewegen sich im galaktischen Magnetfeld auf spiralförmigen Wegen und erzeugen soSynchrotronstrahlung , die von Radioteleskopen erfasst wird . Es besteht eine allgemeine Übereinstimmung zwischen Funkbeobachtungen der Synchrotronstrahlung und den aus dem Elektronenfluss berechneten Intensitäten . Synchrotronstrahlung wurde von Supernova-Überresten wie dem Krebsnebel nachgewiesen , was ihre Identifizierung als potenzielle Quellen für kosmische Strahlung bestätigt.

Interstellare Kollisionen mit kosmischen Strahlen ergeben auch neutrale Pionen, die schnell zerfallen und hohe Energie erzeugen Gammastrahlen . Gammastrahlenuntersuchungen (durchgeführt von erdumlaufenden Satelliten) zeigen, dass kosmische Strahlen stark in der Scheibe der Milchstraßengalaxie konzentriert sind , mit einem viel geringeren Prozentsatz im umgebenden Lichthof. Die gemessene Intensität der Gammastrahlen stimmt im Allgemeinen mit den berechneten Werten überein.

Sehr energiereiche kosmische Strahlung

Primärteilchen mit Energien über etwa 10 18 eV sind so selten, dass sie nur durch die nachgewiesen werden könnenumfangreiche Luftduschen (EAS), die sie in der Atmosphäre produzieren . Ein EAS kann aus Milliarden von Sekundärteilen bestehen, einschließlich Photonen, Elektronen , Myonen und einigen Neutronen , die über Flächen von vielen Quadratkilometern in Bodennähe ankommen. Sehr energiereiche Primärfarben kommen mit einer Geschwindigkeit von etwa einem pro Quadratkilometer pro Jahrhundert an der Spitze der Atmosphäre an, und die Erkennung ihrer Duschen kann eine Anordnung von über tausend Partikeldetektoren über einen weiten Bereich umfassen. Primäre Gammastrahlen mit Energien über etwa 1 TeV (Teraelektronvolt oder eine Billion Elektronenvolt) können auch durch großflächige Bodenarrays oder atmosphärische Cerenkov-Teleskope erfasst werden.

Das galaktische Magnetfeld ist nicht stark genug, um die energiereichsten Primärteilchen in der Milchstraße einzuschränken, und es gab Hinweise darauf, dass die Ursprünge dieser Teilchen außerhalb der Milchstraße liegen, möglicherweise in aktiven Galaxien, die von supermassiven Schwarzen Löchern mit Massen a angetrieben werden hundert Millionen Mal die Masse der Sonne . Eine kleine Anisotropie in Ankunftsrichtung wurde bei Multi-TeV-Energien berichtet. Die Anisotropie beträgt einige Zehntel Prozent, wird aber nicht verstanden.

Die intergalaktischen Magnetfelder sind immer noch stark genug, um die meisten Teilchen der kosmischen Strahlung auf ihrem Weg abzulenken, was es schwierig macht, ihre Ankunftsrichtungen zu verwenden, um ihren genauen Ursprung zu bestimmen. Es gibt jedoch eine Beschränkung für die Entfernungen, die diese Teilchen zurücklegen können: Bei ihren Kollisionen mit Photonen des kosmischen Mikrowellenhintergrunds treten große Energieverluste auf . Folglich könnte es eine Obergrenze für die Energien nachweisbarer Partikel geben, dies wurde jedoch noch nicht endgültig beobachtet.

Aufgrund der geringen Anzahl der beobachteten sehr energiereichen Partikel können aus ihrer Analyse noch keine starken Rückschlüsse gezogen werden. Eine alternative Analyse der Duschdaten hat einen erhöhten Anteil schwerer Kerne (wie Eisen ) unter den Primärkernen nahegelegt .

Einige Hochenergieduschen werden durch kosmische Gammastrahlen erzeugt, die von besonderem Interesse sind, da ihre Wege nicht durch Magnetfelder beeinflusst werden. Ihre Ankunftsrichtungen können auf Quellen in sehr energetischen kosmischen Objekten verweisen - z. B. auf Supernova-Überreste wie den Krebsnebel und Tychos Nova sowie auf aktive Galaxien wie Markarian 421 und 501. Dies können auch Quellen für kosmische Strahlenteilchen sein.

Kosmische Strahlung aus dem Sonne

Energetische Partikel entstehen aus Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen, wo sie durch die starken Magnetfelder in der Nähe der Sonne beschleunigt wurden. Die meisten dieser Teilchen sind Protonen mit abnehmender Anzahl von Helium und schwereren Kernen. Beobachtungen des Helium- Sauerstoff- Verhältnisses zwischen energetischen Solarteilchen haben erheblich zu Solarstudien beigetragen, da die Heliumhäufigkeit der Sonne mit konventioneller Spektroskopie schwer abzuschätzen ist . Das Energiespektrum von Sonnenpartikeln nimmt im Vergleich zu GCRs im Allgemeinen mit zunehmender Energie schneller ab, es besteht jedoch eine große Variabilität in der Form des Spektrums von einsSonneneruptionsereignis zu einem anderen, und das Energiespektrum erstreckt sich selten über etwa 1 GeV pro Nukleon.