E9 Hochenergie-Astrophysik

Thema

Die Hochenergie-Astrophysik untersucht Prozesse mit Energien, die weit über gewöhnlichen thermischen Energien liegen: Röntgen- und Gammastrahlen.

Synchrotronstrahlung entsteht, wenn Elektronen, die auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden, in einem Magnetfeld gefangen werden. Die von diesen Elektronen abgestrahlte Leistung steigt quadratisch mit ihrer relativistischen Energie und mit der Stärke des umgebenden Magnetfelds. Daher dominiert die Synchrotronstrahlung in Supernovaüberresten, Jets aktiver Galaxienkerne und Pulsaren.

Kosmische Strahlung hingegen besteht aus Teilchen, die durch Mechanismen in den Schockwellen von Supernovae und aktiven Galaxienkernen auf extrem hohe Energien beschleunigt werden.

Das Spektrum dieser kosmischen Strahlung folgt einem Potenzgesetz mit zwei charakteristischen Punkten, dem sogenannten Knick und dem Sprunggelenk. Dieser Knick markiert jeweils einen Wechsel des physikalischen Regimes des Beschleunigungsmechanismus, der in diesem Energiebereich dominiert. Weltraum- und bodengebundene Observatorien, die auf Röntgen- und Gammastrahlen spezialisiert sind, decken gemeinsam alle Bereiche des Hochenergiespektrums ab. Von den weit über den thermischen Energien liegenden Bereichen, mit denen dieses Dokument beginnt, bis hin zu den Spektralbereichen, mit denen es endet – einschließlich Synchrotronstrahlung und kosmischer Strahlung, die bei Supernova-Kollisionen und aktiven Atomkernen beschleunigt wird –, zeigt die Hochenergie-Astrophysik, dass die gewaltigsten Ereignisse im Universum eine Signatur hinterlassen, die erst außerhalb des für unsere Augen wahrnehmbaren Lichtbereichs sichtbar wird.

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