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35C3 - Kosmische Teilchenbeschleuniger und ihre Spuren in der Antarktis

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Über die Identifikation des ersten kosmischen Teilchenbeschleunigers und den Beginn einer neuen Ära in der Multimessenger-Astronomie

Vor 5.7 Milliarden Jahren emittierte der Blazar TXS0506+056 eine große Menge schwach wechselwirkender Neutrinos. Von dem durch ein supermassives schwarzes Loch im Zentrum seiner Galaxie angetriebenen kosmischen Teilchenbeschleuniger fand eines dieser Teilchen seinen Weg zur Erde und interagierte mit Wassermolekülen im antarktischen Eis. Durch einen glücklichen Zufall konnte das IceCube Neutrino Observatory, ein Kubikkilometer großer Detektor aus instrumentiertem Eis, am 22. September 2017 eine Lichtspur aufzeichnen, die direkt zur Quelle zurück zeigte. Damit konnte erstmals ein bekanntes astrophysikalisches Objekt mit dem Ursprung eines kosmischen Neutrinos assoziert werden und das Ereignis IceCube-170922A schrieb Geschichte. Ein näherer Blick auf die während 2014-2015 gesammelten Daten zeigte, dass die Neutrino-Emission von TXS0506+056 phasenweise erhöht ist. Dies unterstützt die These, dass das Ereignis von 2017 tatsächlich dem Blazar zugeordnet werden kann und die Entdeckung wurde zu einem großer Erfolg für die Multi-Messenger Astrophysik.

Bereits 1912 entdeckte Viktor Hess die als kosmische Strahlen bekannten hochenergetischen Teilchen, die im Sekundentakt aus dem Weltall auf die Erdatmosphäre treffen. Einige von ihnen stammen aus unserer Sonne, andere von Quellen in unserer eigenen Galaxie – bei den höchsten Energien liegen die Ursprünge allerdings vermutlich in weit entfernten Galaxien. Unglücklicherweise handelt es sich größteils um geladene Ionen, die auf ihrem Weg durch das Universum durch Magnetfelder abgelenkt werden und nicht zu ihren Quellen zurückverfolgt werden können. Deswegen konnte in den mehr als 100 Jahren seit ihrer Entdeckung keine eindeutige Quelle extragalaktischer kosmischer Strahlen identifiziert werden.

In diesem Vortrag erklären wir, was Menschen zum Bau komplexer Detektoren an den exotischsten Plätzen der Welt motiviert, um hochenergetische Teilchen aus dem Weltall zu jagen. Wir sprechen über die bahnbrechende Entdeckung diesen Jahres und beleuchten, wie der Durchbruch durch twitter-ähnliche Echtzeit-Monitoring-Systeme überhaupt erst möglich wurde.

5.7 billion years ago, the blazar TXS0506+056, a gigantic particle accelerator driven by the super-massive black hole at the center of its host galaxy, emitted a large number of weakly interacting elementary particles, known as neutrinos. One of these particles found its way to Earth and interacted with water molecules in the South-Antarctic Ice Sheet. Fortunately, the IceCube Observatory, a cubic kilometer of instrumented ice recorded a track of light that pointed directly back to its origin, unlike many other neutrinos captured in the past. This event, called IceCube-170922A writes history, since for the first time a concrete astrophysical object can be associated to the origin of this neutrino and thus the presence of strongly accelerated, interacting matter. A second look at the data recorded in 2014-2015 confirmed that the blazar has indeed periods of high-neutrino emission, strengthening the confidence in the 2017 event to be a real discovery and great success for Multi-Messenger Astrophysics.

As discovered by Victor Hess already in 1912, there are particles impinging the Earth’s atmosphere every couple of seconds called Cosmic Rays. Some of them are accelerated in the sun, others by sources in our galaxy but at the highest energies, these particles are very likely coming from distant galaxies. Unfortunately, most of them are charged ions that are deflected by magnetic fields on their way through the universe and they do not point back to the point where they have been accelerated. Therefore, even 100 years after the discovery of cosmic rays a definite and obvious source has not been discovered.

In this lecture, we will aim to explain what motivates mankind to build complex observatories at the most exotic location around the globe to haunt for very high energy particles from space. We will shed light on this brand new detection and highlight that without the recent developments in a real-time monitoring/Twitter-like system the detection would have gone unnoticed.

Anni

https://fahrplan.events.ccc.de/congress/2018/Fahrplan/events/9664.html