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Forschung - Teilchenbeschleunigung
Die Beschleunigung kosmischer Strahlung ist ein komplexes Thema: Eine Vielzahl von Objekten im Universum beschleunigt Teilchen zu nichtthermischen Energien. Das geht von der Beschleunigung an Schocks im interstellaren Medium über die Beschleunigung an kompakten Objekten wie Pulsaren bis hin zu ausgedehnten Objekten wie Jets von Aktiven Galaxienkernen. Daher gibt es auch eine Vielzahl von Beschleunigungmechanismen
Einer der wichtigsten Mechanismen der in der Astrophysik diskutiert wird, ist die Fermibechleunigung an Schockfronten. Auch wenn der Mechanismus grundsätzlich seit Jahren bekannt ist, wird weiterhin an vielen Details geforscht. Z.B. an der Frage, wie Teilchen vorbeschleunigt werden oder wie sich die Schockfront durch die hochenergetischen Teilchen, die dort beschleunigt werden, verändert wird.
Mit Particle-in-Cell Simulationen versuchen wir z.B. herauszufinden, wie Teilchen an Schockfronten im Sonnenwind (Kinetic Simulations of Electron Acceleration at Mercury (Büchner, Kilian \emph{et al.} , 2018, Magnetic Fields in the Solar System )) beschleunigt werden. Oder aber auch, wie sich überholende Schockfronten in Aktiven Galaxienkernen sich auf die Teilchenbeschleunigung auswirken (Simulating the injection of magnetized plasma without electromagnetic precursor wave (Kilian and Spanier 2018 Journal of Computational Physics ))
Ein anderer Ansatz ist die parametrisierte Betrachtung von Fermi-Beschleunigung in AGN-Strahlungsmodellen (A Numerical Model of Parsec-scale SSC Morphologies and Their Radio Emission (Richter and Spanier 2016 The Astrophysical Journal )). Damit lässt sich zwar nicht klären, wie Beschleunigungsmechanismen funktionieren, allerdings kann man so herausfinden, wie die Strahlungssignaturen verschiedener Mechanismen aussehen.
Völlig andersartige Beschleunigungsmechanismen wie durch die Filamentierungsinstabilität (The Influence of the Mass Ratio on the Acceleration of Particles by Filamentation Instabilities (Burkart, Elbracht, Ganse, and Spanier 2010 The Astrophysical Journal )) lassen sich mittlerweile durch numerische Methoden ebenfalls gut erschließen.
