Transport und Beschleunigung von Teilchen in astrophysikalischen Plasmen
Die Beschleunigung hochenergetischer nicht-thermischer kosmischer Strahlen
hängt entscheidend von deren Transport im Konfigurations- und Impulsraum
ab. Dieser Transport führt für Photonen auf eine Boltzmann-Gleichung.
Es wird das Problem der Erzeugung von hochenergetischen Photonen in einer
heißen Plasmascheibe formuliert und die entsprechende Integro-Differential-Gleichung
semi-analytisch durch Rückführung auf ein algebraisches Eigenwertproblem
gelöst. Ohne Einschränkung an die Winkelabhängigkeit der
Quellfunktion werden Lösungen erhalten, die für alle optischen
Tiefen der Plasmascheibe gültig sind. Durch diese Lösungsmethode
kann nicht nur der Index des Potenzgesetz-Spektrums erhalten werden, sondern
auch die Winkel- und Ortsverteilung dieser Strahlung. Es stellt sich heraus,
daß diese Strahlung im Falle einer optisch dünnen Scheibe stark
in Richtung der Scheibenoberfläche kollimiert ist.
Bei der Beschleunigung von geladenen Teilchen spielt der Transport unter
dem Einfluß von äußeren elektromagnetischen Feldern eine
entscheidende Rolle. In Supernova-Überresten erwartet man stochastische
Magnetfelder, die in manchen Gebieten senkrecht zur Stoßnormalen
gerichtet sind. Nach neueren analytischen Untersuchungen führt das
sich aus dieser Konstellation ergebende anomale Transportverhalten
zu einem steileren Spektrum der kosmischen Strahlen als bei rein diffusivem
Transport. Zur Untersuchung des Transportes und der Beschleunigung wird
eine Monte-Carlo-Methode verwendet. Die Ergebnisse werden diskutiert und
mit der analytischen Beschreibung verglichen, deren Gültigkeitsbereich
bestimmt wird.
Udo Gieseler
24. March 1998