Ein internationales Wissenschaftlerteam hat ein Computerprogramm entwickelt, das die Übertragung des Weltraums simuliert
Was sind kosmische Strahlen?
Kosmische Strahlen sind es ihrer Natur nachElementarteilchen und Atomkerne, die sich mit hoher Energie im Weltraum bewegen. Als Hauptquellen der primären kosmischen Strahlung gelten Explosionen von Supernovae (galaktische kosmische Strahlung) und der Sonne, ihre Natur ist jedoch noch nicht vollständig geklärt.
Hohe Energien (bis zu 1016 eV) galaktischer NaturWissenschaftler erklären kosmische Strahlung durch die Beschleunigung von Teilchen auf Stoßwellen, die durch Supernova-Explosionen erzeugt werden. Sie bewegen sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit, etwa 300.000 km/s.
Entdeckungsgeschichte
Die kosmische Strahlung wurde 1912 von einem Österreicher entdecktPhysiker Victor Hess. Er war Mitarbeiter des Radium-Instituts in Wien und forschte über ionisierte Gase. Doch bis zu diesem Zeitpunkt vermuteten Wissenschaftler ihre Existenz.
Der französische Physiker Charles Augustin de Coulomb,Als er mit einem Elektroskop die Natur der Elektrizität untersuchte, entdeckte er, dass Ladung selbst bei bester elektrischer Isolierung spontan von Folienblättern abfließt. William Crookes entdeckte später, dass die Geschwindigkeit dieses Prozesses abnimmt, wenn der Luftdruck im Elektroskop abnimmt. So kam der Wissenschaftler zu dem Schluss, dass die Ursache der Entladung in der Ionisierung der Luft lag.
Autor: Montage: Helmholtz-Allianz für Astroteilchenphysik / A.Chantelauze, Bild: Pierre Auger Observatory. Copyright: CC BY-NC 4.0
Der Grund dafür war jedoch bis dahin unbekanntPhysiker haben das Phänomen der Radioaktivität nicht entdeckt. Dann vermuteten Wissenschaftler die Existenz einer globalen Hintergrundstrahlung, deren Quelle entweder die Erde, die Atmosphäre oder der Weltraum war.
Nach einer Reihe von Experimenten kam Hess zu dem Schluss, dass die Strahlungsquelle der Himmel sei. Der Wissenschaftler nannte es „Höhenstrahlung“.
20 Jahre später erhielt Hess den NobelpreisPreis, und seine Forschung diente als Grundlage für die Entwicklung eines neuen Wissenschaftsgebiets – der Physik der kosmischen Strahlung. Seitdem haben Wissenschaftler große Fortschritte in ihrer Forschung gemacht, einige Fragen sind jedoch noch immer unbeantwortet. Zum Beispiel über die Geschwindigkeit und den Entstehungsprozess der kosmischen Strahlung.
Warum ist kosmische Strahlung schwer zu beobachten?
100 Jahre seit der Entdeckung der kosmischen StrahlungVorher versuchen Forscher zu entschlüsseln, woher sie kommen. Das Problem besteht darin, dass sie von der Erde aus mit bloßem Auge nicht „getrennt“ gesehen werden können. Sie leuchten fast überall gleich hell, wohin ein Mensch blickt.
Die farbigen Linien zeigen, wie kosmische Strahlung in Magnetfeldern abgelenkt wird.
Die weißen geraden Linien stellen das großräumige Magnetfeld dar.
Die Partikelpfade (farbige Linien) werden durch kleine Magnetfelder beeinflusst, die hier nicht dargestellt sind.
Abbildung: Lukas Merten
Dies liegt daran, dass Sonnenlicht eindringtErdatmosphäre und verteilen sich gleichmäßig über den Himmel. Auch kosmische Strahlen streuen auf ihrem Weg zum Planeten. Dies geschieht durch Wechselwirkung mit Magnetfeldern. Alles, was wir von der Erdoberfläche sehen können, ist ein gleichmäßig beleuchtetes Bild. Der eigentliche Ursprung der Strahlung bleibt jedoch unbekannt.
Was haben die Wissenschaftler getan?
Um das Problem zu lösen, haben Wissenschaftler ein Special erstelltComputerprogramm CRPropa (engl. Cosmic Ray Propagation Framework, Ausbreitungsschema für kosmische Strahlen). Es ermöglicht Wissenschaftlern, die Bahnen von Partikeln von ihrer Entstehung bis zu ihrer Ankunft auf der Erde zu verfolgen. Darüber hinaus werden die Daten dazu beitragen, die Wechselwirkung von Teilchen mit Materie und Photonenfeldern im Universum vollständig zu erklären.
Es ist bemerkenswert, dass das Programm nicht nur Modelledie Ausbreitung kosmischer Strahlung, aber auch die Signaturen von Neutrinos und Gammastrahlen, die bei ihrer Wechselwirkung entstehen. Im Gegensatz zur kosmischen Strahlung können diese Botenteilchen direkt von ihren Quellen aus beobachtet werden. Dies liegt daran, dass sie auf direktem Weg zur Erde fliegen.
Wir möchten Sie daran erinnern, dass Neutrinos neutral sindElementarteilchen mit halbzahligem Spin. Sie nehmen nur an schwachen und gravitativen Wechselwirkungen teil. Zuvor erklärte Hi-Tech, was es ist und welche anderen Wechselwirkungen es in der Natur gibt.
Sie unterstützen das Universum: wie die vier Hauptkräfte der Natur wirken
Darüber hinaus planen die Wissenschaftler, mit der Software solche Signaturen von Neutrinos und Gammastrahlen aus fernen Galaxien, wie Sternfackeln oder aktiven Galaxien, vorherzusagen.
Wie wird sie helfen?
Die Autoren der Entwicklung sind zuversichtlich –Ihre Software öffnet neue Fenster ins das Universum. Damit erforschen Physiker neue Energiebereiche, die mit den derzeit verfügbaren Programmen nicht vollständig abgedeckt werden können.
Und vor allem werden sich jetzt Wissenschaftler weiterentwickelnein theoretisches Modell, das die Bewegung der kosmischen Strahlung von unserer Milchstraße zu entfernten Sternhaufen beschreibt und die Daten mit Beobachtungen vergleicht.
Das Simulationsprogramm wurde von 17 entwickeltForscher aus Deutschland, Spanien, Holland, Italien, Kroatien, England und Österreich. Das Projekt wurde im Rahmen der Gemeinsamen Forschungsstelle durchgeführt, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird.
Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass CRPropa einen wesentlichen Beitrag leisten wirdum zu verstehen, woher kosmische Strahlung kommt. Neue theoretische Berechnungen werden Physikern helfen, die Vielzahl von Daten zu interpretieren, die Wissenschaftler von verschiedenen Instrumenten erhalten, die den Kosmos beobachten.
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