Detaillierte Simulationen von Blazar-Emissionen: ein numerischer Zugang zu Radiobeobachtungen und Kurzzeitvariabilität
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2014
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ZUR ERLANGUNG DES NATURWISSENSCHAFTLICHEN DOKTORGRADES DER
JULIUS-MAXIMILANS-UNIVERSITAET WUERZBURG
DETAILLIERTE SIMULATIONEN VON BLAZAR-EMISSIONEN
EIN NUMERISCHER ZUGANG ZU RADIO
BEOBACHTUNGEN UND KURZZEITVARIABILITAET
^UNI
^WUE
JULIUS-MAXIMILIANS
UNIVERSITAET
FAKULTAET FUER
WUERZBURG
PHYSIK UND ASTRONOMIE
VORGELEGT VON: STEPHAN RICHTER
GEBOREN IN: GREIFSWALD
ABGABE: WUERZBURG 2014
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INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
2 GRUNDLAGEN 5
2.1 PHAENOMENOLOGIE DER AKTIVEN GALAXIENKERNE 5
2.1.1 UNTERKLASSEN 5
2.1.2 VEREINHEITLICHTES MODELL 7
2.1.3 BEOBACHTUNGEN UND THEORIE VON BLAZAREN 10
2.2 JETENTSTEHUNG 15
2.2.1 SCHWARZE LOECHER 15
2.2.2 JET-MODELLE 18
2.3 KOSMISCHE STRAHLUNG 19
2.3.1 SPEKTRUM DER KOSMISCHEN STRAHLUNG 20
2.3.2 EXTRAGALAKTISCHE KOSMISCHE STRAHLUNG 22
2.4 RELATIVISTISCHE EFFEKTE 22
2.4.1 LAENGENKONTRAKTION UND LAUFZEITEFFEKTE 24
2.4.2 SCHEINBARE UEBERLICHTGESCHWINDIGKEIT 25
2.5 TEILCHENBESCHLEUNIGUNG 26
2.5.1 FERMI-II-BESCHLEUNIGUNG 26
2.5.2 FERMI-I-BESCHLEUNIGUNG 28
2.5.3 ZEITSKALEN DER SCHOCKBESCHLEUNIGUNG 32
2.5.4 ALTERNATIVE THEORIEN 33
2.6 STRAHLUNGSPROZESSE 34
2.6.1 SYNCHROTRONEMISSION 34
2.6.2 SYNCHROTRONSELBSTABSORPTION 35
2.6.3 INVERSE COMPTON-STREUUNG 37
2.6.4 PAARERZEUGUNG 38
2.6.5 PHOTOHADRONISCHE PROZESSE 42
2.7 STRAHLUNGSGROESSEN UND STRAHLUNGSTRANSPORT 49
2.7.1 STRAHLUNGSGROESSEN 49
INHALTSVERZEICHNIS
2.7.2 STRAHLUNGSTRANSPORT 51
2.8 MODELLE VON BLAZAR-EMISSIONEN 52
2.8.1 HOMOGENE MODELLE 52
2.8.2 INHOMOGENE MODELLE 53
3 MODELL 55
3.1 GEOMETRIE 55
3.2 FERMI-BESCHLEUNIGUNG 57
3.3 KINETISCHE GLEICHUNGEN 58
3.3.1 FOKKER-PLANCK-GLEICHUNG 59
3.3.2 KOMPONENTEN DER KINETISCHEN GLEICHUNGEN 61
3.3.3 ZUSAMMENFASSUNG 63
3.4 STRAHLUNGSEVOLUTION 65
3.5 PARAMETER 66
3.6 NUMERIK 69
3.6.1 DISKRETISIERUNG 69
3.6.2 SCHEMATA 71
3.6.3 BEHANDLUNG UNTERSCHIEDLICHER ZEITSKALEN 75
3.6.4 PARALLELISIERUNG 77
3.6.5 VALIDIERUNG 80
4 ERGEBNISSE 87
4.1 SZENARIO FUER STARK VARIABLE ORPHAN FLARES 87
4.1.1 PROBLEMSTELLUNG 88
4.1.2 GLEICHGEWICHTSZUSTAND 88
4.1.3 FLARE DURCH TEILCHENINJEKTION 90
4.1.4 SCHOCKSZENARIO 93
4.1.5 MULTI-BAND-VARIABILITAET 98
4.1.6 DISKUSSION 102
4.2 RADIOEMISSION VON AGN 104
4.2.1 RADIOMORPHOLOGIE 109
4.2.2 ZEITLICHE KORRELATIONEN MIT DEM RADIOBAND 114
4.3 PHOTOHADRONISCHE MODELLIERUNG 120
4.3.1 EFFEKT DER MYON-KUEHLUNG 121
4.3.2 NEUTRINO-FLUESSE 123
II
INHALTSVERZEICHNIS
5 ZUSAMMENFASSUNG 127
5.1 DISKUSSION 127
5.2 AUSBLICK 130
ANHANG 133
A TRANSFORMATION DER TEILCHENVERTEILUNG IN DAS SCHOCKSYSTEM 135
B EFFEKT EINER JETMORPHOLOGIE IN FORM EINES POTENZGESETZES 137
LITERATURVERZEICHNIS 141
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS 163
PUBLIKATIONEN IM ZUSAMMENHANG MIT DIESER DOKTORARBEIT 167
DANKSAGUNG 169
EIGENSTAENDIGKEITSERKLAERUNG 171
III
|
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