Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Theoretische Physik

Betreuer: Dr. Tatyana Liseykina



M.Sc. Adrian Hanusch
(e-mail: adrian.hanusch@googlemail.com )

Particle acceleration at collisionless shocks Hybrid Simulations in the Era of High-Precision Cosmic Ray Observations

Die jüngste Generation von High-End-Detektoren messen Spektren der kosmischen Strahlung (CR) mit bisher unerreichter Genauigkeit und decken Merkmale auf, die die „Standardtheorie” des CR-Ursprungs, nach der die geladenen Teilchen an den Stoßwellen von Supernova-Überresten durch diffusive Beschleunigung (DSA) zu hohen Energien beschleunigt werden, in Frage stellen. Die Ergebnisse der Hybridsimulationen, die sich auf die Injektionsphase der DSA konzentrierten, liefern eine Erklärung für eine „Anomalie” in den CR Spektren und ergeben eine Abhängigkeit des Protonen/Helium-Verhältnisses, die mit den Beobachtungen übereinstimmt. Darüber hinaus haben die Simulationen ein neues Phänomen in der DSA erfasst: eine Veränderung des Spektrums aufgrund einer variablen Ausrichtung der Stoßwellen. Diese Ergebnisse erlauben die DSA auch mit hochpräzisen Beobachtungen in Einklang zu bringen.

The new generation high-end detectors measure cosmic ray (CR) spectra with unprecedented accuracy and reveal features that challenge the hypothesis of CR origin in supernova remnants and raise doubts regarding the diffusive shock acceleration (DSA) as a sustainable explanation of the observed spectra. The results of hybrid simulations focused on the injection phase of the DSA and analytic modeling provide an explanation for an "anomaly" in the measured CR rigidity spectra and produce the proton/helium ratio dependence consistent with the observations. Moreover, the simulations have captured a new phenomenon in the DSA: the spectrum steepening associated with the variation of shock obliquity along its face. Both results make a step forward to reconcile the DSA even with high-precision observations.