Galaktische Gasverteilung & Transport kosmischer Strahlung

Zwar ist der Raum zwischen den Sternen für das menschliche Auge transparent, er ist aber nicht so leer, wie er erscheint. Stattdessen ist er von sehr dünnem Gas, Strahlung, Magnetfeldern und energiereichen Teilchen, der sogenannten kosmischen Strahlung, angefüllt. All diese Konstituenten stehen miteinander in Wechselwirkung, so dass man eine äußerst dynamische Umgebung erhält. In diesem Projekt wollen wir unser Verständnis dieser Umgebung verbessern, wobei wir uns auf die kosmische Strahlung und das Gas konzentrieren werden. Dieses Gas kann man durch Beobachtung von Emission in verschiedenen Spektrallinien untersuchen. Daraus erhält man die Winkelverteilung der Emission und eine Verschiebung der Spektrallinien, die sich in eine Relativbewegung zwischen Gas und Beobachter übersetzen lässt. Es ist aber sehr schwierig aus diesen Daten auf die dreidimensionale räumliche Verteilung des Gases zu schließen. Wir werden deshalb neue dreidimensionale Verteilungen des Gases, der kosmischen Strahlung, ihrer Quellen un d andere wichtige Größen berechnen. Dazu werden wir Modelle aus der sogenannten Information Field Theory anwenden, die über statistische Methoden Beobachtungen und dreidimensionalen Verteilungen in Beziehung setzen, wobei als Ergebnis ein bestes Modell gefunden werden kann. Dabei nutzen wir aktuelles Wissen über die Wechselwirkung zwischen Gas und kosmischer Strahlung, um ein dreidimensionales Modell all dieser Konstituenten zu erhalten. Außerdem kombinieren wir moderne Computerprogramme der Information Field Theory und für den Transport kosmischer Strahlung. So erhalten wir ein gekoppeltes Programm zur Ableitung der dreidimensionalen Modelle. Dies wird ein wichtiger Fortschritt sowohl für die Information Field Theory als auch für unser Verständnis des interstellaren Mediums sein.

Zwar ist der Raum zwischen den Sternen unserer Milchstraße für das menschliche Auge transparent, er ist aber nicht so leer, wie er erscheint. Stattdessen ist er von sehr dünnem Gas, Strahlung, Magnetfeldern und energiereichen Teilchen, der sogenannten kosmischen Strahlung, angefüllt. Das dynamische System, das durch die Wechselwirkung all dieser Konstituenten entsteht, ist das interstellare Medium. In diesem Projekt haben wir daran gearbeitet unser Verständnis von dieser Umgebung in unserer Milchstraße zu verbessern und dazu neue Analysemethoden entwickelt. Dabei haben wir uns auf das Gas und die kosmische Strahlung in der Milchstraße konzentriert. Das Gas kann man durch Beobachtung von Strahlung in verschiedenen Wellenlängenbereichen untersuchen. Daraus erhält man die Winkelverteilung der Emission und eine Verschiebung der Spektrallinien, die aus einer Relativbewegung zwischen Gas und Beobachter folgt. Insbesondere durch den Projektionseffekt ist es aber sehr schwierig aus diesen Daten auf die dreidimensionale räumliche Verteilung des Gases zu schließen. Deshalb haben wir Verfahren aus der sogenannten Information Field Theory angewendet, die über statistische Methoden entsprechende Beobachtungen und dreidimensionalen Verteilungen in Beziehung setzen, wobei auch die Physik der Gasbewegung und Abstrahlung in die Modelle Eingang findet. Ein wesentliches Ergebnis dieses Projekts ist eine neue dreidimensionale Verteilung des Gases in unserer Milchstraße. Die kosmische Strahlung in unserer Milchstraße erzeugt durch Wechselwirkung mit dem Gas sehr energiereiche Strahlung, sogenannte Gamma-Strahlung. Durch die Einbindung der Beschreibung der Entstehung dieser Strahlungskomponente in unsere statistische Analysemethode konnten wir als weiteren Schritt die Verteilung der kosmischen Strahlung in unserer Milchstraße ableiten. Um diese genauer verstehen zu können, braucht es Modelle, die den Transport der kosmischen Strahlung beschreiben. Im Rahmen des Projektes haben wir dabei untersucht, wie sich unser besseres Verständnis der Gasverteilung in der Milchstraße auf den Transport der kosmischen Strahlung auswirkt. Außerdem haben wir unsere computergestützte Modellierung des Transports der kosmischen Strahlung mit der statistischen Analyse verbunden, um sogar in der Lage zu sein, die Verteilung der Quellen der kosmischen Strahlung statistisch bestimmen zu können. Dabei konnten wir zusätzlich zeigen, dass die Methoden auch auf ganz anderen wissenschaftlichen Feldern, wie der medizinischen Bildgebung, anwendbar sind. Dieses Projekt hat wichtige Fortschritte für unser Verständnis der dreidimensionalen Struktur der Milchstraße erzielt und zusätzlich geholfen, die statistischen Methoden für solche Analysen an wichtigen Stellen zu erweitern.