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Die bunten Linien zeigen, wie kosmische Strahlung in Magnetfeldern abgelenkt wird. Die weißen geraden Linien repräsentieren ein großskaliges Magnetfeld. Zusätzlich wirken hier nicht dargestellte kleinskalige Magnetfelder auf die Bahnen der Teilchen (bunte Linien) ein.

Astrophysik

Simulation hilft bei der Suche nach dem Ursprung kosmischer Strahlung

Die kosmische Strahlung scheint überall um uns herum zu sein. Genau das macht es schwer, ihre Quellen zu finden. Hilfreich wäre es, wenn man ihren Weg durchs All zurückverfolgen könnte. Dabei hilft ein neues Programm.

Ein internationales Forschungsteam hat ein Computerprogramm entwickelt, mit dem sich der Transport kosmischer Strahlung durch das All simulieren lässt. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hoffen, so das Rätsel um die Quellen der kosmischen Strahlung lösen zu können. Bislang ist unbekannt, welche Himmelsobjekte die hochenergetische Strahlung aussenden, die aus dem All auf die Erde prasselt. Um experimentelle Daten erklären zu können, braucht es theoretische Modelle; die neue Computersimulation kann diese liefern. Ein Team um Forschende der RUB beschreibt die Software in der Zeitschrift Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, online veröffentlicht am 12. September 2022.

Teilchenbahnen von Anfang bis Ende simuliert

„Mit unserem Programm CRPropa ist es möglich, die Bahnen der Teilchen von ihrer Entstehung bis zu ihrer Ankunft auf der Erde nachzuverfolgen – und zwar für alle Energien, die wir von der Erde aus beobachten können“, sagt Julien Dörner, Doktorand an der RUB.

Ein Teil des Bochumer Forschungsteams: Patrick Reichherzer und Julien Dörner

Dabei kann das Programm nicht nur kosmische Strahlung simulieren, sondern auch Neutrinoteilchen oder Gammastrahlung, die in Wechselwirkungen der kosmischen Strahlung entstehen. „Diese Botenteilchen sind – anders als die kosmische Strahlung – direkt von ihren Quellen beobachtbar, sie kommen also auf direktem Weg zur Erde“, erklärt Dr. Patrick Reichherzer, Postdoktorand an der RUB.

Experimentelle Daten sind nur mit theoretischer Hilfe interpretierbar

Die Arbeiten sind im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1491 „Das Wechselspiel der kosmischen Materie“ entstanden, dessen Sprecherin Prof. Dr. Julia Tjus von der RUB ist. Sie betont: „Die Veröffentlichung ist ein großer Schritt, um den Transport und die Wechselwirkung der kosmischen Strahlung quantitativ in drei Dimensionen zu beschreiben. CRPropa wird signifikant dazu beitragen zu verstehen, woher die kosmische Strahlung kommt. Denn wir benötigen theoretische Berechnungen, die uns helfen, die Vielfalt an Daten, die wir aus dem Kosmos haben, zu interpretieren.“

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