Ny computersimulering hjælper med at søge efter oprindelsen af ​​kosmiske stråler

Et internationalt forskerhold har udviklet et computerprogram, der kan simulere transport af kosmiske stråler gennem rummet. Forskerne håber, at det vil hjælpe dem med at løse mysteriet om kilderne til kosmiske stråler.

Indtil videre ved vi ikke, hvilke himmellegemer, der udsender den højenergistråling, der styrter Jorden fra rummet. Teoretiske modeller er nødvendige for at forklare eksperimentelle data; den nye computersimulering kan give disse. Et team af forskere fra Ruhr-Universität Bochum (RUB) beskriver softwaren i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics .

Som en jævnt oplyst himmel om dagen

Siden deres opdagelse for 100 år siden, har forskere forsøgt at tyde, hvor kosmiske stråler kommer fra. Problemet er, at set fra Jorden ser de ud som himlen i dagtimerne med det blotte øje - nemlig lige stærkt oplyste næsten overalt, hvor vi ser hen.

Det skyldes, at lyset fra solen er spredt i jordens atmosfære og spredes jævnt over hele himlen. Kosmiske stråler er også spredt på deres vej til Jorden - gennem interaktioner med kosmiske magnetfelter. Alt, hvad vi kan se fra Jorden, er et jævnt oplyst billede; strålingens oprindelse forbliver skjult.

Partikelbaner simuleret hele vejen fra produktion til detektion

"Vores program CRPropa gør os i stand til at spore partiklernes baner fra deres dannelse til deres ankomst til Jorden - og dette for alle energier, som vi kan observere fra Jorden," siger Julien Dörner, Ph.D. elev på RUB. "Vi kan også fuldt ud redegøre for partiklernes interaktion med stof og fotonfelter i universet."

Programmet kan simulere ikke kun udbredelse af kosmisk stråle, men også signaturer af neutrinoer og gammastråler, der produceres i kosmiske stråleinteraktioner. "I modsætning til kosmiske stråler kan disse budbringerpartikler observeres direkte fra deres kilder, når de kommer til Jorden på en lige vej," forklarer Dr. Patrick Reichherzer, postdoktor ved RUB. "Vi kan også bruge softwaren til at forudsige sådanne signaturer fra neutrinoer og gammastråler fra fjerne galakser såsom stjerneudbrud eller aktive galakser."

Det præsenterede simuleringsprogram er i øjeblikket den mest omfattende software og åbner nye vinduer til universet. "Vi kan udforske nye energiområder i simuleringen, som ikke fuldt ud kunne fanges så detaljeret med de programmer, der er tilgængelige til dato," siger professor Karl-Heinz Kampert fra University of Wuppertal. "Vigtigst af alt kan vi udvikle en teoretisk model, der beskriver overgangen fra kosmiske stråler fra vores egen galakse til en fraktion, der kommer fra fjerne galakser og sammenligne den med observationer."

Teoretiske beregninger afgørende for fortolkning af eksperimentelle data

Simuleringsprogrammet er udviklet som et resultat af et internationalt samarbejde mellem 17 forskere fra Tyskland, Spanien, Holland, Italien, Kroatien, England og Østrig. Med otte forskere er RUB en ledende partner i projektet. Projektet blev udført som en del af Collaborative Research Center (CRC) 1491 The Interplay of Cosmic Matter, finansieret af den tyske forskningsfond.

CRC-talsmand professor Julia Tjus fra RUB siger, at "publiceringen er et stort skridt i retning af en kvantitativ beskrivelse af transport og interaktion af kosmiske stråler i tre dimensioner. CRPropa vil bidrage væsentligt til at forstå, hvor kosmiske stråler kommer fra. Vi har trods alt brug for teoretiske beregninger for at hjælpe os med at fortolke de forskellige data, vi modtager fra de forskellige instrumenter, der overvåger kosmos." + Udforsk yderligere

Gammastråler og neutrinoer fra bløde supermassive sorte huller