Galaktische Magnetfelder und Kosmische Strahlung

Magnetfelder durchziehen die Galaxis und schließen kosmische Strahlung ein, energiereiche geladene Teilchen, deren Druck dem des interstellaren Gases ebenbürtig ist und dessen Dynamik prägt.

Definition

Galaktische Magnetfelder sind die großräumigen und turbulenten Magnetfelder, die das interstellare Medium durchdringen, und kosmische Strahlung sind die relativistischen geladenen Teilchen, hauptsächlich Protonen und Atomkerne, die von diesen Feldern eingeschlossen werden und wesentlich zum Energiebudget der Galaxis beitragen.

Scope

Dieses Thema behandelt die Stärke und die großräumige Struktur des galaktischen Magnetfeldes, die Methoden zu seiner Messung wie Faraday-Rotation und Polarisation, den Ursprung und die Ausbreitung der kosmischen Strahlung, die Synchrotronstrahlung als Tracer von Feldern und Teilchen sowie die grobe Energieäquipartition zwischen Gas, Feldern und kosmischer Strahlung.

Core questions

• Wie stark ist das galaktische Magnetfeld und welche großräumige Struktur weist es auf?
• Wie werden interstellare Magnetfelder gemessen?
• Woher stammt die kosmische Strahlung und wie breitet sie sich in der Galaxis aus?
• Wie verhält sich die Energie von Feldern und kosmischer Strahlung im Vergleich zum interstellaren Gas?

Key theories

Großräumige und turbulente Felder

Das galaktische Magnetfeld besitzt eine geordnete Komponente, die an die Spiralstruktur angepasst ist, sowie eine vergleichbare turbulente Komponente, die durch Faraday-Rotation, Polarisation und Synchrotronstrahlung kartiert wird.

Ursprung und Ausbreitung der kosmischen Strahlung

Es wird angenommen, dass kosmische Strahlung hauptsächlich in Schockwellen von Supernova-Überresten beschleunigt wird und sich dann durch das galaktische Magnetfeld ausbreitet, wobei ihre Zusammensetzung und ihr Spektrum Ausbreitungsmodelle einschränken.

Energieäquipartition

Die Energiedichten des interstellaren Gases, der Magnetfelder und der kosmischen Strahlung sind vergleichbar, sodass magnetischer und kosmischer Strahlungsdruck für die Struktur des Mediums dynamisch bedeutsam sind.

Clinical relevance

Magnetfelder und kosmische Strahlung beeinflussen die Stützung und Dynamik des interstellaren Mediums, regulieren die Sternentstehung durch Druckbereitstellung, treiben galaktische Winde an und erzeugen die Synchrotronstrahlung, mittels derer Galaxien bei Radiowellenlängen untersucht werden.

History

Die Entdeckung der galaktischen Synchrotron-Radioemission und der Polarisation des Sternenlichts in der Mitte des 20. Jahrhunderts enthüllte interstellare Magnetfelder, während Fermi Mechanismen zur Beschleunigung kosmischer Strahlung vorschlug. Faraday-Rotationsuntersuchungen und weltraumgestützte Teilchendetektoren haben seitdem die Felder kartiert und das Spektrum der kosmischen Strahlung detailliert gemessen.

Key figures

• Rainer Beck
• Enrico Fermi
• Andrew Strong
• Katia Ferriere

Seminal works

• beck2001
• strong2007
• ferriere2001

Frequently asked questions

Wie kann man ein Magnetfeld in der gesamten Galaxis messen?

Astronomen leiten es indirekt ab: Polarisiertes Sternenlicht, das durch magnetische Körner ausgerichtet wird, die Rotation polarisierter Radiosignale, die ein magnetisiertes Plasma durchqueren, und Synchrotronstrahlung von Elektronen, die im Feld spiralförmig kreisen, offenbaren alle seine Stärke und Richtung.

Woher kommt die kosmische Strahlung?

Es wird angenommen, dass die meisten galaktischen kosmischen Strahlen in den Schockwellen von Supernova-Überresten beschleunigt werden und dann Millionen von Jahren lang, geleitet von ihrem Magnetfeld, durch die Galaxis wandern, bevor sie entweichen oder interagieren.