 Herzlich Willkommen zu meinem Vortrag, meinem ersten Vortrag dieser Art. Alice explodiert und woher weiß Bob das? Ich möchte mit euch ein bisschen Astuteichentphysik machen. Vorher noch ein paar Worte zu mir. Ich bin Annie. Ich studiere Physik im Master. Ich schreibe gerade meine Masterarbeit am Desi in Zeuten, nicht in Hamburg. Und beschäftige mich da mit theoretischer Astuteichentphysik. Und zwar nicht mit den Energien, die wir jetzt gleich sehen werden, sondern ein bisschen mit höheren Energien. Das Prinzip ist aber ähnlich. Und weil ich dachte, dass Wissenschaftskommunikation voll wichtig ist und dass alle unbedingt mal sehen müssen, warum Forschung so geil ist, mache ich jetzt hier ein Vortrag. Fragen und Anmerkungen gerne am Ende. Auch wenn ihr meint, dass ich irgendwo richtig krassen Scheiß erzähle, sagt es am Ende einfach. Ich will nicht, dass irgendjemand hier rausgeht mit falschen Wissen oder irgendwelchen falschen Annahmen. Das hat mich in der Uni immer wahnsinnig genervt, mit dem man aufs Falsche erzählt hat und der Rest der Welt es geglaubt hat. Deswegen am Ende bitte gerne sagen. So, also Astuteichentphysik. Vortrag heißt, alles explodiert und woher weiß Bob das? Wir machen das jetzt auch mal so richtig ein bisschen, wie dieses alles und Bob-Schema auch funktioniert mit einem Sender, nämlich Alice. Ich stelle euch Alice vor. Alice wohnt relativ weit weg in der großen mangelandschen Wolke, schön eingezeichnet da, die ist so 50 Kilo Passag von uns entfernt. Kilo Passag benutzt man als Einheit sind, ich glaube, so 160.000 Lichtjahre, nur als Vergleich. Im Kilometer weiß ich es nicht, aber Kilometer machen einfach keinen Sinn in der Astrophysik. Alice ist ein blauer Überriesen. Auf der linken Seite sieht man einen schönen Bildvergleich, dass sie wirklich relativ groß sind. Blaue Überriesen sind schlicht und einfach sehr schwer. 15 Sonnenmassen, das ist verdammt schwer für so ein Stern. Das heißt, da ist viel Masse. Viel Masse bedeutet hohe Dichten, einen hohen Gravitationsdruck von außen. Zum Punkt Gravitationsdruck sage ich auch nachher gleich noch mal was. Dementsprechend muss aber auch ein hoher Druck von innen dem Ganzen entgegenwirken und deswegen sind die so groß. Außerdem sind die so heiß, weil eben viele Reaktionen drin passieren und deswegen glühen sie auch im Ultraviolettenbereich des Spektrums und nicht im Roten oder was auch immer. Auf jeden Fall Alice ist ein blauer Superriese und ca. 20 Millionen Jahre alt. Zum Vergleich unserer Sonne ist ca. 5 Milliarden Jahre alt. Okay, ich gebe es zu, Vortrag heißt Alice explodiert, also go. Ich glaube, das ist nicht Alice, weil ja, es ist nicht blau. Aber explodiert ist voll schön. Also keinem Masse gegen, dann gucken wir uns jetzt den Rest der Zeit diese Animation an. Ja, okay, jetzt ist alles explodiert. Schön. Dann machen wir mal weiter und fragen uns, hey, warum denn überhaupt? Der ging es doch ganz gut. Die war doch ein ganz glücklicher blauer Superriese da. Gut, dazu ein kurzer Recap. Wie funktioniert das denn eigentlich mit den Sternen? Wie vorhin schon erwähnt, drückt bei Sternen Gravitation Masse von außen nach innen, so wie wir ja auch ein bisschen auf den Boden von der Erde gedrückt werden. Jetzt fällt es ja aber offensichtlich nicht in sich zusammen. Das heißt, ich brauche irgendein Druck, der dem Ganzen entgegenwirkt. Und das ist klassischerweise der Strahlungsdruck. Der Strahlungsdruck entsteht dadurch, dass Atomkerne miteinander fusionieren. Das sehen wir auf der rechten Seite. Das sind am Anfang unten zwei Protonen, das heißt zwei Wasserstoffkerne, die dann erst mal zu Deuterium fusionieren und dann zu Tritium. Also, Deuterium ist das zweite und dann mit den dreien Tritium, das kommt auch im Wort vor. Und das Ganze wird dann zu Helium IV. Ganz unten, das ist die nächste Fusionsstufe. Wie man sieht, brauche ich da insgesamt zwei Protonen. Ich kriege hier auch zwei wieder raus. Und da entsteht einiges an zusätzlichen anderen Dingen, unter anderem Licht und Teichen, die dann eben ... Also, da wird halt energiefrei und diese Energie drückt nach außen und stabilisiert das Ganze. Letztendlich ist das, was ihr da auf der rechten Seite seht, nämlich das Wasserstoff fusioniert zu Helium, nur die erste Stufe, die so einen Stern fusionieren kann. Unsere Sonne macht aber genau das zum Beispiel. Und danach geht es nämlich weiter und Helium wird erst zu Kohlenstoff fusioniert. Dann findet eine weitere Fusion statt zu Sauerstoff. Danke. Jedes Mal, jedes Mal. Auf jeden Fall, danach kommt Sauerstoff zu Silicium und Silicium dann letztendlich zu Eisen. Warum ändert das Ganze bei Eisen? Na ja, die Energie, die da frei wird, das kommt halt daher, dass Atomkerne eine steigende Bindungsenergie haben, bis hin zu Eisen. Das heißt, bis Eisen hat die höchste Bindungsenergie. Danach kann bei Fusion keine Energie mehr freigesetzt werden. Um noch mal kurz zu Alice zurückzukommen. Alice ist nämlich, wir haben übrigens auch ein Datum, wenn Alice explodiert ist, das war nämlich der 23. Februar 1987. Warum genau das Alice ist, erklär ich nachher noch mal. Aber man kann, wenn man weiß, 1987, das wurde auch da beobachtet. Also, ja, natürlich, ja, ja. Da haben wir es gesehen. Okay, okay, okay, sie ist natürlich früher gestoppt. Okay. Schön. Auf jeden Fall kann man dann auch zurückrechnen, wann was stattgefunden hat. Und die einzelnen Stufen, das geht immer schneller. Also, zum Beispiel war Alice bis vor circa 0,7 Millionen Jahren Stern der Haar fusioniert hat. Und dann bis die Helium-Fusion ging dann nur noch 500.000 Jahre. Und dann wird das Ganze immer schneller, weil in jeder Reaktion einfach weniger Energie freigesetzt wird. So, jetzt sah Alice am Ende so aus. Das heißt, sie hatte schön alle Schalen, alles einmal durch fusioniert, alles einmal erzeugt, in der Mitte, Eisen, ne, ne, ne. Wir haben jetzt ja schon gesagt, okay, wenn da Eisen entstanden ist, kann das nicht mehr fusionieren und dabei wieder Energie erzeugen. Das heißt, was passiert denn dann? Ja, dann passiert genau das, was wir in dieser wunderschönen Animation gesehen haben. Alice explodiert mit einer Supernova-Explosion. Und die seht ihr da auf diesem schönen Bild. Leider hat noch ohne Erklärung. Ihr braucht garantiert meine Worte dafür. Also, das erste, was passiert ist, Bild 2, Mitte, oben, dass mein Eisenkern die Masse überschreitet, die irgendwie stabil sein kann, durch den Entartungszug der Elektron, für diejenigen, die das sagt, stabilisiert, das was sagt stabilisiert werden kann. Und der fällt zusammen, dieser Eisenkern. Und der fällt so stark zusammen, dass die Protonen in diesem Eisenkern umgewandelt werden durch den inversen Wetter-Zerfall in Neutronen. Neutronen sind auch und die wiederum auch so eng zusammen, dass sich diese Neutronen als ein quantenmechanisches Gebilde verhalten. Quantenmechanisches Gebilde bedeutet einfach nur, hey, da gelten jetzt plötzlich andere Regeln. Und zwar in diesem Fall, das sind beide das Fermion, die können sich nicht unendlich nahe kommen. Das gleiche ist der Entartungsdruck für Elektronen, das sind auch bestimmte Quantenteichen, die können sich auch nicht unendlich nahe kommen. Da hat gerade jemand mit, das habe ich total irritiert. Ja, aber ja, sie können nicht den gleichen quantenmechanischen Zustand einnehmen. Das heißt Pauli Prinzip, wer es nachgucken will. Auf jeden Fall, dadurch, dass sie sich nicht unendlich nahe kommen können, stabilisiert das meinen neu entstandenen Proto-Neutronen-Stern. Proto, weil es noch ein Vorgänger ist, der richtige Neutronen-Stern, der wird dann erst später mal so richtig schön stabil. Aber ein Neutronen-Stern, weil er halt aus Neutronen besteht. Das heißt, wir haben etwas, das zusammengefallen ist und etwas sehr kompaktes gebildet hat. Und darauf fällt jetzt in Bild 3 oben, der Rest der Masse von außen auch mit ein. Das heißt das, was diesen Eisenkern vorher umgab. Das prallt dann da dran ab und formt sie unten weiter. Eine Schockfront, die nach außen geht. Diese Schockfront, die nach außen geht, würde normalerweise irgendwann aufhören. Tatsächlich wird sie dann nochmal aufgeheizt, wobei der wahrscheinlichste Prozess, von dem wir im Moment ausgehen, ist, dass das Ganze von Neutrinos aufgeheizt wird. Das heißt, das Ganze kann dann doch weiter wegfliegen und das ganze umgebende Material, das heißt, der Rest von diesem Stern wird weggeblasen und ich behalte in der Mitte diesen sehr kompakten Neutronen-Stern. Fun Fact, bei der Supernova 1987 A finden wir den Neutronen-Stern nicht. Also ernsthaft, der ist irgendwie... Ne, also entweder er ist halt weggeflogen oder da ist was davor oder na, ist halt weg. Bisschen schade. Okay, aber eigentlich wollte ich darüber gar nicht erzählen. Ich fand es sehr lustig. Jetzt mache ich ja aber Multi-Messenger Astro-Teichent-Physik. Das heißt, das war ja jetzt alles Astrophysik. Deswegen kann ich das auch besonders gut für einfach darstellen, ich muss das nicht den ganzen Tag machen und erklär es mir auch beeinfacht. Der wichtige Punkt ist nämlich, bei diesen ganzen schönen Dingen, da entstehen Teilchen. Und zwar zunächst mal die Neutrinos. Neutrinos, wie gesagt, vorhin schon, wenn ich meine positiven Protonen nehme und mit diesen Elektronen verschmelze, um meinen Neutronen-Stern zu formen, entstehen dabei Elektronen-Neutrinos. Weil da auch viele andere, also andersrum können auch Elektronen-Anti-Neutrinos entstehen. Außerdem habe ich in diesen ganzen Gebilde sehr hohe Dichten und sehr hohe Energien. Das heißt, es werden beständig Elektronen und Positronenpaare erzeugt, dieses E plus, E minus. Kurze Erinnerung für alle. Positronen dieses E plus ist im Prinzip einfach, wie es Elektronen nur mit umgedrehter Ladung. Und Neutrinos sind auch Teil unseres Standardmodells. Hier seht ihr Elektronen-Neutrinos und dann gibt es noch Mühlen- und Tauern-Neutrinos. Das sind diese ganz, ganz leichten Teilchen, die mit nichts interagieren wollen. Und man kennt sie aus dem Nobelpreis aus dem Jahr 2016, 15, egal, wo man diese Oszillationen nachgewiesen hat. Vielleicht habt ihr das mal gelesen. Auf jeden Fall der wichtigste Eigenschaft ist, die interagieren mit ungefähr nichts, die wiegen ungefähr nichts. Und also die sind deswegen auch nicht Bestandteil von Atomen, so wie das jetzt bei Elektronen oder Protonen-Neutronen ist. Es ist tatsächlich sogar so, dass 99% der Energie von unserer schönen Supernova-Explosion durch Neutrinos abgestrahlt wird. Aber das sieht man halt erst mal nicht. Auf der rechten Seite seht ihr noch die Energien, die wir so erwarten. Und die Flavor ist eine Teilchen-Eigenschaft. Also was für eine Art von Neutrinos ist. Im Prinzip so was wie, ob das jetzt ein Elektron oder Mühlen oder ein Taun ist. Ihr seht, ganz schön, wir erwarten Neutrinohenergien, so im Bereich von ein paar Mega-Elektronenvolt bis vielleicht 40. Als Vergleich, die Sonne agiert auch in etwa in dem Bereich. Es sind auch so ein paar MEV-Neutrinos, die bei so einer Kernfusion von Haaratomen irgendwie entstehen. Es gibt auch deutlich höhere Energien. Soll uns jetzt aber nicht interessieren. Gut, dann haben wir schon mal herausgefunden, dass unsere tolle Supernova-Neutrinos produziert, diese tollen Geisterteichen. Außerdem hatten wir vorhin schon gesagt, dass da ganz viele Elemente und Atomkerne sind in unserem Stern. Helium, Wasserstoff, Sauerstoff, all das. Das wird ja alles nach außen weggepustet. Da wird sicherlich nochmal einiges desoziiert, also aufgelöst von irgendwelchen Lichtteichen, die es aufspalten. Es kommen aber auch neue dazu. Letztendlich, da sind einfach viele Atomkerne da. Und jetzt ist es auch noch so, dass wir hohe Dichten und hohe Magnetfelder haben. Das nennt man dann Supernova-Remnant, das, was da so außen weggepustet wird und dann so langsam weiter ins Weltall fliegt. Das fangen so schön aus da mit dem Bunden. Und durch die hohen Magnetfelder können diese ganzen, man fasst das zusammen als Cosmic Race und zählt da auch Elektronen dazu, beschleunigt werden. Und zwar wie hat die NASA ganz schön gemacht. Ihr seht den Supernova-Remnant, der sich ausbreitet. Und die Teichen werden durch das Magnetfeld, das dort herrscht, immer hin und her gestreut und dadurch letztendlich beschleunigt. Das Magnetfeld ist dabei ziemlich essentiell, weil nur ein Beschleunigungsvorgang reicht nicht, um die schön zu hohen Energien zu kriegen. Gut, das heißt, wir haben jetzt rausgefunden, okay, da fliegen Neutrinos weg, diese leichten ganz klein. Dann fliegen da Atomkerne weg und Elektronen, so wie wir es gerade gesehen haben. Und dann fliegt da natürlich auch noch weg Licht. Und zwar kann Licht auf zwei verschiedene Arten entstehen. Und die erste ist, dass es von anderen Teichen erzeugt wird, auf eine zum Beispiel von den kosmischen Strahlen, von Atomkernen, von Protonen, die wir ja gerade gesehen haben, die beschleunigt werden, die dann zum Beispiel mit einem Proton, das noch nicht so schnell ist, interagieren. Moment, Moment, Peng! Ich bin ein großer Fan von den NASA-Animationen. Die produzieren ein drittes Zeichen, das ist erstmal egal, das zerfällt nämlich sowieso. Und dann entstehen da hochenergetische, magnetische Strahlung. Und dann blitzt das überall. Es können aber übrigens nicht nur Protonen, solche hochenergetischen Photonen erzeugen, sondern auch Elektronen. Die machen das, ihr habt das vielleicht schon mal irgendwo gehört, mit Synkrotronenstrahlung. Im Moment weiß man noch nicht genau, welcher der beiden Prozesse wirklich verantwortlich ist dafür. Wir messen aber. Neben diesem hochenergetischen Teil der Strahlung, den wir herstellen können, haben wir auch immer noch einen niederenergetischen. Ihr habt jetzt gerade gesehen, dass was so gamma-ray war, das heißt, hohe Frequenzen ist auch nicht mehr im sichtbaren Licht, hohe Energien. Aber wir bewegen uns auf jeden Fall auch in dem niederenergetischeren Bereich, und zwar durch thermische Strahlung, also so schwarzkörper Strahlung. Und dazu hier noch mal ein Bild, wie sowas dann zum Beispiel aussieht. Das ist leider nicht die Supernova 1987. Ah, weil das habe ich nicht gefunden. Aber sieht nicht aus. Ist immerhin der gleiche Supernova-Typ. Das ist offensichtlich so halb im sichtbaren. Wir wissen, sichtbares fängt bei so 400 Nanometern an. Es geht noch ein bisschen drunter. Hat einen schönen Pieck. Man sieht, dass das ein schönes schwarzkörper Strahlung ist von der Kurve her. Und wir sehen auch, dass man Supernovas sehr, sehr lange beobachten kann. Damit deckt eine Supernova ziemlich weite Bereiche des elektromagnetischen Spektrums ab. Und wir haben also neben kosmischer Strahlung, Neutrinos jetzt auch noch elektromagnetische Strahlung, die von Alice ins Universum gepustet wird. Nur der Vollständigkeit halbert, da werde ich nicht mehr so viel dazu sagen, weil das einfach noch nicht aktuelle Forschung ist. Natürlich entstehen bei Supernova-Explosionen auch Gravitationswellen. Das ist eine Simulation vom Max-Planck-Institut in Garching, die mal das sich so überlegt haben. Wir sind darauf aber im Moment nicht sensitiv. Wenn ich das richtig im Blick habe, ist das das gleiche Frequenz-Band, wie LIGO, aber wir sind nicht darauf sensitiv. Und ich werde es ab jetzt auch so ein bisschen unter den Tisch fallen lassen, weil wir benutzen es halt noch nicht. Jetzt ist es übrigens auch so, dass es nicht nur Alice da draußen gibt, sondern die hat auch schicke Nachbarn, die auch viel hochenergetische Strahlung produzieren. Also nur, dass ihr hier nicht rausläuft und sagt, ja, alles hochenergetische, das sind Supernova-Explosionen, das habe ich jetzt gelernt. Also da gibt es ganz rechts hier aktive galaktische Kerne, das heißt schwarze Löcher mit so einer Akkursionsschalbe, die auch so jet-mäßig Dinge wegpusten. Es gibt Sachen wie in der Mitte, Apulsare, die dann tatsächlich auch oft so ein Supernova-Überrest, der da in der Luft so rumschwebt, aufheizen und dann da Sachen produzieren. Es gibt links, das ist auch ein X-ray Binary, also das ist ein Neutronenstern, der von einem Begleitersternmasse akkretiert und daraus dann Materie und Licht produziert, die dann so gejetet weggeht. Und natürlich Gamma-Strahlen-Ausbrüche, das übrigens das, woran ich eigentlich arbeite, Gamma-Strahlen-Ausbrüche. Deswegen gibt es eigentlich diese Folie. Okay, jetzt aber nochmal hier zurück zu Alice. Alice sieht mittlerweile in etwa so aus und wir haben herausgefunden, Alice schickt uns einiges an Kram hierher, und zwar grob Photon, Neutrinos und kosmische Strahlen. Wenn wir uns nochmal kurz an die Teilchen-Eigenschaften erinnern, dann ist relativ eingängig, dass Photon und Neutrinos sich wenig beeindrucken lassen von irgendwelchen Magnetfeldern auf dem Weg, weil Licht wird einfach nicht durch Magneten abgelenkt, irgendwie, und Neutrinos interessiert ja eh nichts. Aber zum Beispiel kosmische Strahlung, in diesem Fall das Proton, das schon. Dementsprechend machen Photon auf ihrem Weg zur Erde auch diesen wunderschönen Weg, so dass keiner mehr nachvollziehen kann, wo sie herkommen. Es ist ein bisschen unpraktisch, weil wir dann nicht mehr sagen können, ah ja, das war jetzt Alice, sondern wir müssen uns das irgendwie überlegen, wo die herkommen. Aber grundsätzlich, sie kommen schon bei uns an. Nur, um nochmal über die Energien auch zu reden, Supernova-Explosionen produzieren, Protonen im Bereich von so 10 hoch 15 eV Elektronenvolt. Das sind Bereiche, in denen unser galaktisches Magnetfeld stark genug ist, die dazu zu zwingen, dass sie für immer in dieser Galaxie bleiben. Das heißt, wir wissen, wenn wir von Supernova-Explosionen Protonen sehen, dann kommen die aus unserer Galaxie. Das sind so 10 hoch 8 Jahre, die in unserer Galaxiekreisung, bevor sie da rauskommen, die kommen aus unserer Nachbarschaft. Bei höheren Energien sieht es natürlich ein bisschen anders aus. Außerdem passieren diesen Teilchen auf dem Weg natürlich auch noch ein paar andere Dinge, die interagieren mit irgendwelchen Photonfeldern. Man kennt den kosmischen Mikrobellen-Hintergrund zum Beispiel. Der produziert irgendwelche Reaktionen und sorgt dafür, dass Dinge nicht unendlich weit reisen können, sondern irgendwann vielleicht einfach zerfallen oder neue Teilchen produzieren und im Endeffekt nicht bei uns ankommen. Aber letztendlich sind Photon- und Neutrinos eigentlich so die Prime-Kandidaten für unsere Nachweissachen, weil sie eben direkt zur Quelle zurückzeigen. Also es macht es halt leichter, sich zu überlegen, hey, Moment, was ist denn da eigentlich passiert? Was ist denn das Szenario? Und genau damit wollen wir uns jetzt auseinandersetzen. Diese ganzen Teilchen, die Alice in dieses Universum rausgeschleudert hat. Wie weisen wir die denn jetzt nach? Da steht nämlich auf der schönen Erde Bob und es geht, ha, die schöne Zimulation. Ich habe sie auch gleich nochmal drin, weil ich sie so gerne mache. Ja, es gibt nämlich auch eine falsche, ja. Okay. Er steht jetzt aber da. Er sieht. Und er sieht erstmal im sichtbaren Bereich, dass dieser Stern explodiert. Das Ganze heißt nämlich auch Supernova, das kommt von dem Wort Stella Nova, neuer Stern, weil das Ding halt verdammt hell leuchtet. Und erstmal so aussieht, als wäre da ein neuer Stern geboren und als könnten wir uns jetzt den neuen Stern angucken. Und Supernova, weil es ein neuer Stern ist, der nochmal besonders super hell ist. Und Bob denkt sich, hey Moment, jetzt habe ich das im sichtbaren Bereich gesehen, aber da gab es doch noch mehr. Da gab es doch auch noch Neutrinos, kosmische Strahlung und den ganzen Rest der elektromagnetischen Strahlung. Und er fängt sich erstmal an zu überlegen, wie ist das denn mit dieser elektromagnetischen Strahlung? Wie sieht das denn aus? Wie kann ich mir denn da den Himmel vorstellen? Also es ist nämlich total beeindruckend, was für Quellen an buntem Licht wir in unserer Umgebung haben. Wir haben Radio und Infrarot, optisch X-Ray und Gamma-Ray, die alle aus unterschiedlichen Quellen kommen und alle unterschiedliche Energien haben und auch unterschiedliche Dinge aussagen, wie wir ja vorhin schon gesehen haben. Das eine war das thermische Spektrum, das andere waren irgendwelche Teichen, die mit was anderem kollidiert sind und dann neues Teichen produziert haben. Und das ist dann zerfallen und das war dann hier unser Pion-Zerfall von der Interaktion mit einem Cosmic Ray mit dem Interstellar Medium. Genau das haben wir uns vorhin angeschaut. Er will also diese ganzen Kanäle sich anschauen, weil er sich so ein bisschen fühlt, als hätte er die ganze Zeit ein bisschen wie in einem Schwarz-Weiß-Film gelebt. Dafür müssen wir uns allerdings erstmal anschauen, wo und wie weisen wir diese elektromagnetischen Wellen eigentlich nach. Es ist nämlich so, dass unsere Erdatmosphäre nicht für alle elektromagnetische Strahlung überhaupt durchsichtig ist, um eigentlich zu sein genau für sichtbare Licht und für den Radiobereich. Für alles andere muss man entweder Dinge hochschießen, wie hier rechts unser schönes Chandra X-Ray Observatory ist auch in der NASA oder man schaut sich an, wie diese Teichen in der Erdatmosphäre dann weiteren Kram machen und baut unten riesen Teleskope auf, die die Sekundärteichen auffangen können. So wie z.B. Hestis High Energy is the Stereocopic System. Das bewegt sich, wenn man auf dieser Links-Skala da guckt, im Gamma-Ray-Bereich, also noch höher als dieses Chandra-Ding. Was man dazu auch noch sagen muss, ist, dass die Flüsse auch enorm von der Teichenenergie abhängen. Grundsätzlich gilt, je höher die Teichenenergie, desto weniger Teichen davon sehen wir. Was allerdings auch bedeutet, dass wir umso größere Observatorien brauchen. Weil wenn ich jetzt, keine Ahnung, ein Teichen pro Kubikmeter pro Jahrtausend erwarte, dann baue ich halt besser was mit ein paar Kubikkilometern, weil sonst warte ich halt sehr, sehr lange. Ich habe euch jetzt aber mitgebracht, dass ein, tatsächlich ein Satelliten, und zwar einen, der auch wirklich Supernova-Remnants sich anschaut, und zwar das Large Area Telescope auf dem Fermi-Satelliten. Das auch NASA ist irgendwie seit 2008 im Weltall und kreist da fröhlich. Das ist hauptsächlich dafür da elektromagnetische Signale im Bereich von 20 MeV bis zu 300 GeV zu detectieren. Das heißt schon sehr hohe Energien, aber nicht ultrahoch. Also, Hess ist nochmal, also dieses riesige Parabol-Ding, das ihr vorhin gesehen habt, das ist nochmal deutlich höher. Warum heißt das Large Area Telescope? Naja, das deckt halt alle drei Stunden den kompletten Himmel ab. Das heißt, es guckt in sehr viele Richtungen. Die gesamte Fläche ist tatsächlich nur ein Kubikmeter, aber in dem Energiebereich reicht das noch. So, wie funktioniert das jetzt? Wie weiß man denn sowas eigentlich nach? Ich erkläre es euch vorher und dann gibt es nochmal NASA-Film. Das ist sehr schön. Wenn ich das Ganze ist aufgebaut aus Schichten, und zwar Schichten abwechselnd, Wolfram und Silicium. Wolfram, um mein einfallendes Foto zu stoppen und Silicium, um das dabei entstehende Elektron-Positron-Paar zu tracken. Das heißt, und das sind irgendwie so 16 Schichten, das heißt, ich habe so ein Gamma-Strahlen-Ding, das wird irgendwo gestoppt, macht so ein Elektron-Positron-Paar. Dessen Spur wird von dem Silicium nachvollzogen. Silicium als Halbleiter, das heißt, das wird einfach ionisiert und ich messe dann Strom. Und letztendlich landet das Ganze dann unten in meinem E-Kal, in meinem elektrischen, elektromagnetischen Kalorimeter, wo diese beiden Teicheln gestoppt werden und ihre gesamte Energie rekonstruiert wird. Aus diesen beiden Messungen, nämlich der Richtung von diesen sekundärteicheln, von den Elektronen und dem Positron und der gesamte punierten Energie, kann ich auch wieder zwei Dinge konstruieren, nämlich wie hoch energetisch war mein Licht, das da eingefallen ist und aus welcher Richtung kam es. Das ist eigentlich auch so alles, was man will. Und die NASA hat es auch einmal vorgestellt, ihr seht das hier, das sind diese schönen Schichten an Wolframm, da fliegt mein Gamma-Teicheln rein, das produziert Elektron-Positron-Paar. Das leuchtet immer, wenn das da so durchgeht und letztendlich bleibt das in meinem elektromagnetischen Kalorimeter und ich kann dann über die Spurekonstruktion herausfinden, wo mein Teicheln herkommt. Das heißt, ich habe meinen ersten Messenger, meinen ersten Botschafter, diesen Gamma-Strahl gestoppt und habe festgestellt, ok cool, da kommt er her und ich habe jetzt eine etwas erweiterte Sicht einfach auf dieses Objekt, das ich mir anschauen wollte. Es ist nicht nur noch schwarz-weiß, ich habe jetzt vielleicht noch pink dazu. So, ich hätte aber gerne nicht nur pink und alle Farben, sondern ich will das Ding auch mit anderen Teichen noch beobachten. Es ist so ein bisschen wie, dass man nicht nur eben alle Farben sieht, sondern dass man alle Sinne benutzen möchte. Dass man das nicht nur anschauen will, sondern dass man es auch ertassen will und riechen will oder nicht. Aber letztendlich möglichst viel Information. Deswegen schauen wir uns das nächste an, was so produziert wurde. Das waren diese Positronen, das heißt diese geladenen Atomkerne und weisen die mal nach. Und wir machen das mit AMS. Da muss ich jetzt ein bisschen merken. AMS ist auf der ISS drauf, das heißt es auch von der NASA. Es gibt aber übrigens auch Experimente, die nicht NASA sind. Also wirklich. Das liegt auch ein bisschen an den Teichen-Energien, in denen wir gerade sind. Das ist irgendwie Zufall, aber irgendwie ist alles NASA. Lustigerweise ist AMS tatsächlich ziemlich ähnlich zu den Detektoren, die wir so am LHC oder so haben. Das ist allgemein, die Detektoren ähneln sich extrem. Weil natürlich, naja am Ende weiß ich ja bei beiden einfach nur Teilchen nach. Und natürlich benutze ich die gleichen Prinzipien und hoffentlich fangen die Leute auch nicht immer an, alles neu zu entwickeln. Also AMS ist so ein Multi-Ding, das kann alles messen. Es ist dafür da, alles an kosmischer Strahlung zu messen. Und zwar im Bereich von Gigaelektronenvolt. Und weil kosmische Strahlung, wir hatten das ja schon gesehen, also da habe ich Protonkerne, da habe ich aber auch schwere Kerne und da habe ich Elektronen und da habe ich Positronen. Das heißt, ich habe mehr so einen Strauß an Dingen und ich muss die ja alle irgendwie unterscheiden. Dementsprechend hat AMS ein paar Instrumente. Das erste ist der Transition Radiation Detector. Der beruht darauf, dass wenn mein Teilchen durch Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindex, das ist diese optische Eigenschaft, die mir sagt, wie das gewohnt wird, fliegt, dass dabei Licht produziert wird. Deswegen sind da ganz viele Schichten. Damit das ganz oft diesen Übergang macht und ganz oft Licht produziert. Bei dieser Übergang, oder wie viel Licht das produziert, hängt von der Geschwindigkeit ab. Beziehungsweise nicht direkt von der Geschwindigkeit, sondern von dem, was man als Gammafoktor bezeichnet. Das ist aus der Relativitätstheorie. Das berechnet sich aus der Geschwindigkeit. Das ist aber ein bisschen sensitiver auf hohe Geschwindigkeiten. Weil irgendwann sind die Dinger ja so schnell, die fliegen alle mit 0,99999999999 mal der Lichtgeschwindigkeit. Das heißt, wenn ich nur messe, wie lang es sind von A nach B, dann kann ich die halt nicht unterscheiden. Der Gammafaktor macht eine deutlich bessere Unterscheidung für hohe Geschwindigkeiten. Das heißt, ich kann hier gut unterscheiden, wie schnell sind sehr schnelle Dinge wirklich, bei gleicher elektrischer Ladung. Das nächste, was passiert, ist dieses TOF, Time of Flight. Ihr seht, das gibt es einmal oben und einmal unten. Schlicht und einfach deswegen, naja, das misst halt tatsächlich jetzt die Geschwindigkeit nach dem Motto, wie lang braucht es von A nach B. Dann in der Mitte habe ich ein Tracker. Das ist im Wieder, so wie vorhin, Silizium. Das heißt, das fliegt dadurch, plus Elektronaufe ich aus und ich messen Signal. Und ich lenke das ab mit einem Magneten, weil geladene Teilchen werden ja durch Magneten abgelenkt. Dadurch kann ich zum Beispiel auch die Geschwindigkeit oder die Ladung gestimmt. Unten mache ich einmal noch Tcherenkov. Tcherenkov, und da müssen wir gleich auch nochmal gesondert drüber sprechen, ist dieses Licht, das entsteht, wenn sich ein Teilchen in einem Medium schneller bewegt als die lokale Lichtgeschwindigkeit. Dann entsteht so ein bisschen das Equivalent zum Überschallknall. Überschallknall kennen wir alle. Wenn sich mein Flugzeug schneller bewegt als die Schallgeschwindigkeit, dann macht es BAM. Und das Gleiche kann halt auch bei Licht passieren. Dann heißt das aber nicht BAM, sondern Tcherenkov, ich weiß nicht, wie er eigentlich sagt. Unten ist auf jeden Fall wieder mein Ekeil, wo ich dann gucken kann, wie viel Energie hatte das dann insgesamt. Und mit diesem Gesamtsammelsurium, ich messe alles, was ich irgendwie kriegen kann, ist es mir möglich, auch diesen zweiten Botschafter, die kosmische Strahlung, sinnvoll zu detektieren. Aber wie gesagt, hier nochmal der Hinweis, das Problem dabei ist, ich kann das vermessen und ich kann messen, oh, die sind da, das ist sehr schön. Aber ich weiß immer nicht so ganz genau, wo es herkommt. Ich habe Ideen, wo es herkommt, eben wenn es durch die Magnetfelder dadurch gezwungen wird, auf ewig in unserer Galaxie zu zirkulieren. Aber ich kann es nicht ganz genau sagen. So, und jetzt hatten wir noch eine dritte Sache. Das waren diese Neutrinos, die wollen wir auch noch nachweisen. Das Problem bei denen ist ja, die interagieren ja nicht. Die wollen ja, die sind nicht Teil von irgendwelchen Atomen, die sind nicht elektrisch geladen, die sind nicht schwer, das ist ein bisschen doof. Deswegen braucht man für die extrem, extrem große Detektoren. Und hier, heute, als Einführung, Kamiokande. Kamiokande sind 50.000 Tonnen Wasser und ich glaube 12.000, ne, 11.000 Photomultiplier. Photomultiplier sind, naja, da fällt Licht rein und dann kommt ein elektrisches Signal bei raus. Das macht einfach nur Licht messbar. Ihr seht links den Aufbau, das Ganze ist auch schön abgeschirmt, damit alle anderen Teilchen, die ja lieber interagieren, als diese Neutrinos, nicht zu meinem Detektor kommen. Sondern wirklich nur die Neutrinos. Und das ist beeindruckend groß. Also das sind 40 Meter Höhe und ich glaube 40 Meter Durchmesser auch riesig. Mein Prof hat immer gesagt, hier auf der rechten Seite sieht man die Doktoranden, weil die Physik-Doktoranden müssen die PMTs putzen. Das ist nämlich ein scheiß Job. Deswegen mache ich Theorie. Das ist ein ganz schön bitterer Job. Okay, nochmal kurz. Wie funktioniert das denn überhaupt? Das funktioniert mit dem Gleichen wie vorhin, nämlich mit diesem Scherenkoff. Wir bauen jetzt einfach drauf, dass diese 50.000 Tonnen Wasser genug material sind, dass auch die Neutrinos sich mal denken, ja, okay, dann mache ich halt was mit denen, dann interagiere ich halt, dann machen wir halt ein anderes Teilchen, mein Gott, wenn so viel da ist. Und dabei entsteht dann entweder ein Myon oder ein Elektron, je nachdem, ob ich was für eine Art von Wechselwirkung ich habe und was für eine Art von Neutrino ich habe. Myon sind im Prinzip das Gleiche wie Elektron, nur eine andere Familie des Zeichen, des Standardmodells, sind aber auch einfach negativ geladen. Weil meine Neutrinos da ja mit ganz schönen Wumms reinkommen, produzieren die Teichen, die sich eben auch wieder in dem Wasser sehr schnell bewegen. Und die machen dann diesen Scherenkoff-Kegel, der Öffnungskegel hängt immer von der Geschwindigkeit ab und vom Brechungsindex. Bei Superklamio Kante ist der Öffnungswinkel tatsächlich relativ groß, also das sind 42 Grad oder so. Nur noch als Erklärung, ihr kennt natürlich alle Ice Cube und Ice Cube ist total fancy und total cool, aber es funktioniert leider mit meinem heutigen Beispiel nicht, weil Ice Cube auf sehr, sehr viel höhere Energien sensibel ist als Kamio Kante. Und so hoch energetisch sind unsere Supernova-Neutrinos einfach nicht. Deswegen tut mir vorleid, ich hätte gern voll was über Ice Cube erzählt, aber na, nächstes Mal. Für diesmal sind es Doktoranden, die PMTs putzen. So, wie sieht das Ganze denn aus? Das sieht nämlich auch sehr schön aus. Wir sehen rechts einmal, wie das aussieht, wenn das ein Myon ist und links einmal, wie das aussieht, wenn das ein Elektron ist. Ich habe euch das einfach mal mitgebracht, damit ihr schön beobachten könnt, dass man dann wirklich in diesen PMTs diese Ringe sieht. Ich finde das superfaszinierend. Und dass man sie auch unterscheiden kann, wie der Ring halt aussieht. Bei Elektronen ist der verschmiert. Was damit zusammenhängt, dass Elektronen in dem Wasser dann noch ganz viel Sekundärkram machen und dann passiert da halt viel und dann verschmiert es. Myon machen nicht so viel, die fliegen einfach durch. Und dann sieht man gerade die franzierteren Ringe. Das Schöne ist, und da komme ich jetzt nämlich auch wieder zum Anfang, zu meiner Vorstellung von Alice. Als wir diese Supernova 1987 A beobachtet haben, da hatten wir kurz vorher mit genau diesem Detektor Neutrinos gemessen. Und zwar elf Stück. Aber das ist so die Geburtsstunde der Multimessenger Astruteichenphysik gewesen. Weil das erste Mal tatsächlich von dem gleichen Event verschiedene Dinge gemessen wurden und man es direkt zuordnen konnte. Und es dann auch noch bestätigt hat, dass da wirklich ganz viele Neutrinos produziert werden in meiner Supernova und dass sie auch noch viel früher wegfliegen können. Das bisschen trauriger ist, also seitdem warten wir natürlich, dass wieder so nah eine Supernova passiert. Mal gucken, wann. Wir haben jetzt viel, viel mehr an Detektoren und hoffen, dass wir dieses Mal dann noch mehr rausfinden können. Ich möchte aber letztendlich schließen damit, dass Bob auf dieser Erde steht auf der falschen Seite, ich weiß. Und sich fragt, wer ist alles. Und Bob denkt sich, Jo, ich habe es ja explodieren gesehen. Und dann habe ich die Neutrinos gesehen und deswegen ist es eine Supernova und die kommt daher, dass wir haben es jetzt alle gelernt, dass das vorher irgendwelche Dinge fusioniert und dann passiert da alles bis zu Eisenhandfeld, das zusammen. Und Bob hat da eine ziemlich genaue Idee dahinter. Aber letztendlich sind wir, können wir nie ganz sicher sein, dass wir mit unseren Modellen richtig liegen. Ich meine, am Ende vielleicht sitzt da irgendwie so ein Affe im Weltall mit einer Steinschleuder und schleudert Neutrinos und Gammarstrahlen auf uns und hat eine Taschenlampe, macht Jan und aus. Wir können es nicht ausschließen und Wissenschaft ist nicht unfehlbar. Und nur weil ich euch das jetzt alles hier als Fakten präsentiere, könnt ihr euch gerne auch immer ein gesundes Zweifeln behalten, auch wenn es wirklich schöne Animationen sind. Und damit bin ich fertig. Danke. Und jetzt machen wir auch gerne Fragen und Anmerkungen. Ich weiß allerdings nicht, ob das mit Mikro oder nicht funktioniert. Ich habe keine Ahnung. Was ist das für Eis-Cube? Danke. Also Eis-Cube ist der heiße Scheiß in der Neutrinoastronomie. Eis-Cube ist ein Neutrinodetektor am Südpol, der auch auf diesem Scherenkovzeug basiert. Und die nehmen hoch eines Eis und haben dann so Fäden mit einzelnen Fotomultipleiern dran, wo sie dann wieder versuchen, diese Scherenkovkegel nachzuweisen, wo die Interaktionen von Neutrinos passieren. Und die sind im Giga-Elektronen-Bold-Bereich unterwegs. Man hat das ja auch gesehen, diese Ernie und Bird und Big Bird. Das waren krass hochenergetische Neutrinos. Und was bei Eis-Cube das Interessante ist, wir haben keine Ahnung, wo diese hochenergetischen Neutrinos herkommen. Also, weiß keiner. Deswegen mache ich auch Gamma-Strahlen-Ausbrüche, weil wir das so ein bisschen, also wir wollen diese hochenergetischen Neutrinos benutzen, um damit rauszufinden, wo diese hochenergetischen Protonen, die ich euch jetzt auch nicht gezeigt habe, herkommen. Ja, aber Eis-Cube ist schön. Eis-Cube mischt fleißig und bleibt noch eine Weile da. Wir hatten diesen Satelliten und auf der ISS, diesen Detektor, wo du gesagt hast, am Ende wird die Gesamtenergie gemessen. In einem Kaliometer habe ich das jetzt richtig verstanden, dass die klinitische Energie von dem Teilchen in Wärmenergie umgewandelt wird und die Wärmerhöhung gemessen wird? Ah, nee. Ja. Kalurimeter. Nee, das wird einfach nur gestoppt. Und wir messen alles, was das vorher an Energie abgibt, auch durch elektrochem Strom. Also das kennt ihr die Kalorimeter am Zern und den großen Detektoren, die funktionieren auch so. Das ist nicht Wärme, das wäre sehr warm. Das, ja. Du hattest auf der Weitenfolie, meine ich, den blauen Riesen dargestellt und zum größten Vergleich die Jupiter-Umlaufbahn um die Erde. Und daneben geschrieben, der blau Riese hat eine ungefähr 15-fache Sonnenmasse. Ist das, habe ich das richtig interpretiert? Dass der dann nur 15-fache Sonnenmasse hat und dann gleich auf Jupiter-Bahnumfanggröße anschwillt? Oder war der Größenvergleich einfach falsch und ich habe das nicht richtig interpretiert? Also ich glaube, dieser Größenvergleich stimmt. Es mag sein, dass das nicht genau für 15 Sonnenmassen ist, aber es gibt ein bisschen mehr. Die blauen Riesen können schon auch mehr haben als 15. Aber 15 Sonnenmasse ist viel. Das ist richtig viel. Ja, weil da mehr Reaktionen passieren. Das heißt, es sieht sich bis mehr aus. Das heißt, der Strahlungsdruck ist dann einfach so immens größer als die Gravitationswirkung? Also man hat ja auch bei normalen Sternen, wenn das Wasserstoffbrennen aufhört und dieses Heliumbrennen anfängt, dann blähen die sich ja so auf zum roten Riesen. Die sind ja auch nicht schwerer. Deswegen plötzlich. Also der Strahlungsdruck hängt halt immer mit der Reaktionsrate zusammen. Du hattest erwähnt, dass die meiste Energienform von diesen hoch energetischen Neutrinos abgestrahlt wird. Wie viel ist das? Meist man das 90% noch mehr? 99%. Dann haben wir ja im Prinzip Glück gehabt, dass diese wenig interagieren. Wenn das nicht so wäre, wäre das echt blöd, oder? Also ich glaube, der Neutrinofluss auf der Erde sind so 200 Neutrinos pro Kubikzentimeter pro Sekunde. Ich spüre nicht so viel. Ja, wir haben Glück. Klar. Aber Sie könnten natürlich auch nicht erzeugt werden in der Masse, wenn Sie mehr interagieren. Also das hängt ja alles immer ein bisschen unter zusammen. Jetzt muss erinnern. Warum wird in diesen Detektoren immer Wasser benutzt? Was ist die besondere Eigenschaft, dass man, dass das besonders gut reagiert? Also es wird nicht nur Wasser benutzt. Es gibt auch andere. Ich glaube, das ist die Verfügbarkeit. Ja, genau. Es ist transparent für Licht. Es gibt aber auch, früher gab es das noch mehr, so radioschemische Experimente, wo man zum Beispiel Chlor hatte und das hat dann interagiert. Und dann war das aber, da musste man das immer, sammeln und dann hat man keine Echtzeitmessung gehabt. Weil man hat dann so ein Tank dahin gestellt und dann hat man irgendwie geguckt, nach 20 Tagen, wie viel von meinem Chlor hat sich denn umgewandelt, weil es mit Natrinos interagiert hat. Heutzutage macht man wirklich im Prinzip nur Wasser. Wegen funktioniert gut mit Scherenkoff, weil es transparent für Licht hat man in großen Massen. Aber wie gesagt, das Dorium, das Deuterium-Experiment in Kanada, die hatten ganz viel Schwerwasser. Die Story ist ein bisschen, dass jemand von der Regierung zu einem Physiker kam und sagte, wir haben hier 50 Tonnen Schwerwasser, könnt ihr da was mit anfangen? Und dann haben die gesagt, uns fällt da was ein. Und die haben dann Neutrinoabstoratorium auch wieder gebaut, aber auch nur für den Energiebereich der Kamiokande, den wir auch gesehen haben, von Supernova-Explosion oder Sonnen. Weil für alles andere braucht man einfach für die noch höher energetischen, das sind dann weniger. Und dann ist wieder dieses, okay, wenn ich eins pro Kubikmeter pro Jahrhundert habe, dann baue ich besser ein paar Kilometer. Und so viel hat man von anderen Sachen nicht. Also die neuen Großen für hohe Energien sind halt Ice Cube und im Mittelmeer bauen sie auch Planen so seit 10 Jahren. Aber es gibt auch Schmerz. Dass man Wasser verwendet, könnte es daran liegen, dass man einfach für das Scherenkauf diese geringere Lichtgeschwindigkeit braucht? Also Luft würde nicht funktionieren, weil würde Lichtgeschwindigkeit nicht so sehr runtersetzen. Ich brauche ein Brechungsindex, der sich schon deutlich von eins unterscheidet und bei Wasser ist er halt 1,4. Ich habe mal gelernt, dass die ganzen schweren Elemente, also schwerer als Eisen, bei denen Supernova-Explosion entstehen und dass dabei keine Energie entsteht, sondern dass Energie reingesteckt werden muss. Wo kommt die Energie her? Ist das einfach die Lageenergie, wenn das in sich zusammenfällt? Nein, das entsteht, es entsteht zusammen, dann hat man diese Schockwelle, die nach außen geht und die alles wegpustet. Wenn alles wegpustet wird, dann ist es halt sehr heiß und sehr dicht und dabei werden im, das heißt dann, Airprozess die höheren Elemente ausgebrütet und die Energie kommt da einfach aus diesem heißen Plasma, das da explodiert gerade. Also das passiert eben nicht im Stern, sondern in diesem Supernova-Remnant danach. Die Neutrinos, die man mit Superkamiokande detektiert hat, oder war es Kamiokande? Dann heißt es Kamiokande noch. Okay. Kommen die aus dem inversen Beta-Zerfall oder kommen die erst aus dieser Remnant-Face? Also ich würde sagen, also so ganz genau kann man es nicht sagen. Ich bin mir ziemlich sicher, dass es Elektronenneutrinos waren, weil dafür, da sind die Reaktionsraten bei Kamiokande. Dementsprechend würde es sich anbieten, dass sie aus dem inversen Beta-Zerfall kommen. Sie können aber auch danach produziert werden. Aber vermutlich, also eben allein, einfach wegen des Flavors, würde ich dafür plädieren, dass sie daherkommen. Kann man mit den Detektoren zwischen Neutrinos und Anti-Neutrinos unterscheiden? Ich glaube nicht, aber ich bin mir nicht ganz sicher. Ich würde sagen nein, aber zitiere mich nicht. Bitte. Weil das Wichtige ist, was für ein Sekundärteil ich nicht habe. So ein Positron, wer hält es hier wahrscheinlich schon anders? Ja, ich weiß es nicht. Ich muss nur nachdenken. Voll gut. Alle Fragen fertig, oder? Gut, dann kann ich jetzt dir trinken gehen.