{"id":10048,"date":"2025-08-15T10:45:19","date_gmt":"2025-08-15T08:45:19","guid":{"rendered":"https:\/\/cms.zdv.uni-mainz.de\/fb08-xenon-physik\/?page_id=10048"},"modified":"2025-09-08T15:23:00","modified_gmt":"2025-09-08T13:23:00","slug":"cosi","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/xenon.physik.uni-mainz.de\/de\/cosi\/","title":{"rendered":"COSI"},"content":{"rendered":"\n<\/jgu-base-pageheader>\n\n\n
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<\/jgu-base-heading>\n\n\n\n

Der weiche\/mittlere Gammastrahlenbereich ist der astrophysikalisch am wenigsten erforschte Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Die Empfindlichkeit aktueller Missionen ist um Gr\u00f6\u00dfenordnungen schlechter als in benachbarten B\u00e4ndern, was auf hohe instrumentelle und atmosph\u00e4rische Hintergr\u00fcnde, niedrige Wechselwirkungsquerschnitte und die inh\u00e4rente Schwierigkeit der Bildgebung bei diesen Energien zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Es bleibt ein \u00e4u\u00dferst interessanter Bereich, der die Positronenvernichtungslinie, Signaturen der stellaren Nukleosynthese, Emissionen aus den extremsten Umgebungen und Multi-Messenger-Astrophysik beherbergt. <\/p>\n\n\n\n

Das Compton Spectrometer and Imager (COSI)<\/a> ist ein Soft-Gamma-Ray-Survey-Teleskop (0,2-5 MeV), das entwickelt wurde, um die Urspr\u00fcnge galaktischer Positronen zu untersuchen, die Orte der Nukleosynthese in der Galaxie aufzudecken, Pionierstudien zur Gammastrahlenpolarisation durchzuf\u00fchren und Gegenst\u00fccke zu Multi-Messenger-Quellen zu finden. Das kompakte Compton-Teleskop von COSI kombiniert Verbesserungen in Bezug auf Empfindlichkeit, spektrale Aufl\u00f6sung, Winkelaufl\u00f6sung und Himmelsabdeckung, um bahnbrechende wissenschaftliche Erkenntnisse zu erm\u00f6glichen. Unsere Gruppe ist stark in die Analyse- und Simulationspipeline-Entwicklung f\u00fcr COSI involviert. Insbesondere in die Hintergrundsimulation und -modellierung sowie in die Detektor-Response-Approximation. Wir sind auch an den wissenschaftlichen Zielen von COSI beteiligt, wie der Suche nach dunkler Materie oder der Entstehung und Entwicklung chemischer Elemente in unserer Galaxie durch Beobachtungen von Gammastrahlenlinien. <\/p>\n\n\n\n

Hintergrundmodellierung <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die Beobachtung von MeV-Gammastrahlen wird von Hintergrundstrahlung dominiert, insbesondere aufgrund der Aktivierung der Detektormaterialien, die durch kosmische Strahlung induziert wird. Daher sind Hintergrundsimulation und -identifizierung entscheidend f\u00fcr die Datenanalyse. Unsere Gruppe hat eine vollst\u00e4ndige und sehr detaillierte Simulation von 3 Monaten im Orbit erstellt, um den erwarteten Hintergrund abzusch\u00e4tzen, den COSI messen wird. <\/strong>Dieser Hintergrund wird in der aktuellen COSI Data Challenge<\/a> verwendet. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-image>\n\n\n

Response-Approximation <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Um unsere rekonstruierten Daten mit wissenschaftlichen Modellen zu vergleichen, ben\u00f6tigen wir eine pr\u00e4zise und dennoch leichtgewichtige Charakterisierung der COSI-Detektor-Response, die effizient in unserer umfangreichen Analyse-Pipeline ausgef\u00fchrt werden kann. Wir l\u00f6sen dieses Problem durch die Entwicklung eines neuronalen Netzwerk-Approximationsschemas in einem speziellen relativen Koordinatenraum, das normalisierende Fl\u00fcsse mit einer Entwicklung in Kugelfl\u00e4chenfunktionen koppelt. Schlie\u00dflich erstellen wir auch die notwendigen Werkzeuge, um ein neues Analyse-Framework rund um diesen Ansatz zu unterst\u00fctzen. <\/p>\n\n\n\n \n<\/jgu-base-image><\/div>\n\n\n\n

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Ereignisklassifizierung und -rekonstruktion<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Um die Datenqualit\u00e4t zu verbessern, m\u00fcssen wir die Daten, die der Rekonstruktion ausgesetzt sind, so sauber wie m\u00f6glich halten. Um dies zu erreichen, ist eine Ereignisklassifizierung vor der Rekonstruktion erforderlich. Fr\u00fchere Deep-Learning-Modelle, die f\u00fcr ein anderes Detektorkonzept entwickelt wurden, zeigten vielversprechende Ergebnisse und werden an COSI angepasst. Ein weiterer Ansatz zur Verbesserung der gesamten Datenqualit\u00e4t ist die Optimierung der Ereignisrekonstruktion. Hier sollen verschiedene Machine Learning Ans\u00e4tze ausprobiert und getestet werden. <\/p>\n\n\n\n

COSI und die Suche nach dunkler Materie<\/strong><\/p>\n\n\n\n

COSI ist dank seiner ausgezeichneten Energieaufl\u00f6sung im MeV-Bereich gut f\u00fcr die indirekte Suche nach dunkler Materie geeignet. Dies macht es besonders empfindlich f\u00fcr Signale von verschiedenen Kandidaten f\u00fcr dunkle Materie, wie z. B. primordiale Schwarze L\u00f6cher, von denen erwartet wird, dass sie in diesem Energieband nachweisbare Gammastrahlenemissionen erzeugen. Unsere Gruppe untersucht, wie empfindlich COSI f\u00fcr diese potenziellen Quellen dunkler Materie sein k\u00f6nnte. <\/p>\n\n\n\n

Die Vela-Region und 26<\/sup>Al<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Mit einer Spitzensensitivit\u00e4t bei 1,8 MeV ist COSI ideal ausgestattet, um die charakteristische Zerfallsstrahlung des Radioisotops Aluminium-26 zu untersuchen. Mit einer mittleren Lebensdauer von etwa einer Million Jahren dient dieses Isotop als leistungsstarker Tracer der laufenden Nukleosynthese (der Bildung von Elementen) und gibt Aufschluss \u00fcber massereiche Sterne, Wolf-Rayet-Winde, Auswurfmechanismen und Supernova-Explosionen. Ein vorrangiges Ziel ist die Vela-Region, wo COMPTEL erstmals einen deutlichen \u00dcberschuss an 1,8-MeV-Emissionen feststellte, der nach wie vor keiner bekannten Quelle zugeordnet werden kann. Durch die Analyse der ersten Beobachtungen von COSI wollen wir dieses langj\u00e4hrige R\u00e4tsel l\u00f6sen und unser Verst\u00e4ndnis von Aluminium-26 in unserer Galaxie verbessern. <\/p>\n\n\n\n

Ein zuk\u00fcnftiges MeV\/GeV-Compton\/Paar-Teleskop<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Wir arbeiten auch an der Realisierung eines zuk\u00fcnftigen gro\u00dfen Compton\/Paar-Teleskops, um die MeV-Empfindlichkeitsl\u00fccke bis zu 100 MeV auch f\u00fcr Kontinuumsquellen vollst\u00e4ndig zu schlie\u00dfen und mit \u00fcberlegener Winkelaufl\u00f6sung von 30 MeV an die Leistungen des Fermi\/LAT-Instruments im GeV-Bereich anzukn\u00fcpfen. Ein Beispiel ist die vorgeschlagene ESA-Mission newASTROGAM<\/a> mit einem Energiebereich von 200 keV bis 3 GeV, mit einer zus\u00e4tzlichen codierten R\u00f6ntgenmaske bei 15-45 keV. <\/p>\n

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Der weiche\/mittlere Gammastrahlenbereich ist der astrophysikalisch am wenigsten erforschte Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Die Empfindlichkeit aktueller Missionen ist um Gr\u00f6\u00dfenordnungen schlechter als in benachbarten B\u00e4ndern, was auf hohe instrumentelle und atmosph\u00e4rische Hintergr\u00fcnde, niedrige Wechselwirkungsquerschnitte und die inh\u00e4rente Schwierigkeit der Bildgebung bei diesen Energien zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Es bleibt ein \u00e4u\u00dferst interessanter Bereich, der die Positronenvernichtungslinie, Signaturen der stellaren Nukleosynthese, Emissionen aus den extremsten Umgebungen und Multi-Messenger-Astrophysik beherbergt. <\/p>\n\n\n\n

Das Compton Spectrometer and Imager (COSI)<\/a> ist ein Soft-Gamma-Ray-Survey-Teleskop (0,2-5 MeV), das entwickelt wurde, um die Urspr\u00fcnge galaktischer Positronen zu untersuchen, die Orte der Nukleosynthese in der Galaxie aufzudecken, Pionierstudien zur Gammastrahlenpolarisation durchzuf\u00fchren und Gegenst\u00fccke zu Multi-Messenger-Quellen zu finden. Das kompakte Compton-Teleskop von COSI kombiniert Verbesserungen in Bezug auf Empfindlichkeit, spektrale Aufl\u00f6sung, Winkelaufl\u00f6sung und Himmelsabdeckung, um bahnbrechende wissenschaftliche Erkenntnisse zu erm\u00f6glichen. Unsere Gruppe ist stark in die Analyse- und Simulationspipeline-Entwicklung f\u00fcr COSI involviert. Insbesondere in die Hintergrundsimulation und -modellierung sowie in die Detektor-Response-Approximation. Wir sind auch an den wissenschaftlichen Zielen von COSI beteiligt, wie der Suche nach dunkler Materie oder der Entstehung und Entwicklung chemischer Elemente in unserer Galaxie durch Beobachtungen von Gammastrahlenlinien. <\/p>\n\n\n\n

Hintergrundmodellierung <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Die Beobachtung von MeV-Gammastrahlen wird von Hintergrundstrahlung dominiert, insbesondere aufgrund der Aktivierung der Detektormaterialien, die durch kosmische Strahlung induziert wird. Daher sind Hintergrundsimulation und -identifizierung entscheidend f\u00fcr die Datenanalyse. Unsere Gruppe hat eine vollst\u00e4ndige und sehr detaillierte Simulation von 3 Monaten im Orbit erstellt, um den erwarteten Hintergrund abzusch\u00e4tzen, den COSI messen wird. <\/strong>Dieser Hintergrund wird in der aktuellen COSI Data Challenge<\/a> verwendet. <\/p>\n\n\n\n\n\n

Response-Approximation <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Um unsere rekonstruierten Daten mit wissenschaftlichen Modellen zu vergleichen, ben\u00f6tigen wir eine pr\u00e4zise und dennoch leichtgewichtige Charakterisierung der COSI-Detektor-Response, die effizient in unserer umfangreichen Analyse-Pipeline ausgef\u00fchrt werden kann. Wir l\u00f6sen dieses Problem durch die Entwicklung eines neuronalen Netzwerk-Approximationsschemas in einem speziellen relativen Koordinatenraum, das normalisierende Fl\u00fcsse mit einer Entwicklung in Kugelfl\u00e4chenfunktionen koppelt. Schlie\u00dflich erstellen wir auch die notwendigen Werkzeuge, um ein neues Analyse-Framework rund um diesen Ansatz zu unterst\u00fctzen. <\/p>\n\n\n<\/div>\n\n\n\n

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Ereignisklassifizierung und -rekonstruktion<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Um die Datenqualit\u00e4t zu verbessern, m\u00fcssen wir die Daten, die der Rekonstruktion ausgesetzt sind, so sauber wie m\u00f6glich halten. Um dies zu erreichen, ist eine Ereignisklassifizierung vor der Rekonstruktion erforderlich. Fr\u00fchere Deep-Learning-Modelle, die f\u00fcr ein anderes Detektorkonzept entwickelt wurden, zeigten vielversprechende Ergebnisse und werden an COSI angepasst. Ein weiterer Ansatz zur Verbesserung der gesamten Datenqualit\u00e4t ist die Optimierung der Ereignisrekonstruktion. Hier sollen verschiedene Machine Learning Ans\u00e4tze ausprobiert und getestet werden. <\/p>\n\n\n\n

COSI und die Suche nach dunkler Materie<\/strong><\/p>\n\n\n\n

COSI ist dank seiner ausgezeichneten Energieaufl\u00f6sung im MeV-Bereich gut f\u00fcr die indirekte Suche nach dunkler Materie geeignet. Dies macht es besonders empfindlich f\u00fcr Signale von verschiedenen Kandidaten f\u00fcr dunkle Materie, wie z. B. primordiale Schwarze L\u00f6cher, von denen erwartet wird, dass sie in diesem Energieband nachweisbare Gammastrahlenemissionen erzeugen. Unsere Gruppe untersucht, wie empfindlich COSI f\u00fcr diese potenziellen Quellen dunkler Materie sein k\u00f6nnte. <\/p>\n\n\n\n

Die Vela-Region und 26<\/sup>Al<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Mit einer Spitzensensitivit\u00e4t bei 1,8 MeV ist COSI ideal ausgestattet, um die charakteristische Zerfallsstrahlung des Radioisotops Aluminium-26 zu untersuchen. Mit einer mittleren Lebensdauer von etwa einer Million Jahren dient dieses Isotop als leistungsstarker Tracer der laufenden Nukleosynthese (der Bildung von Elementen) und gibt Aufschluss \u00fcber massereiche Sterne, Wolf-Rayet-Winde, Auswurfmechanismen und Supernova-Explosionen. Ein vorrangiges Ziel ist die Vela-Region, wo COMPTEL erstmals einen deutlichen \u00dcberschuss an 1,8-MeV-Emissionen feststellte, der nach wie vor keiner bekannten Quelle zugeordnet werden kann. Durch die Analyse der ersten Beobachtungen von COSI wollen wir dieses langj\u00e4hrige R\u00e4tsel l\u00f6sen und unser Verst\u00e4ndnis von Aluminium-26 in unserer Galaxie verbessern. <\/p>\n\n\n\n

Ein zuk\u00fcnftiges MeV\/GeV-Compton\/Paar-Teleskop<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Wir arbeiten auch an der Realisierung eines zuk\u00fcnftigen gro\u00dfen Compton\/Paar-Teleskops, um die MeV-Empfindlichkeitsl\u00fccke bis zu 100 MeV auch f\u00fcr Kontinuumsquellen vollst\u00e4ndig zu schlie\u00dfen und mit \u00fcberlegener Winkelaufl\u00f6sung von 30 MeV an die Leistungen des Fermi\/LAT-Instruments im GeV-Bereich anzukn\u00fcpfen. Ein Beispiel ist die vorgeschlagene ESA-Mission newASTROGAM<\/a> mit einem Energiebereich von 200 keV bis 3 GeV, mit einer zus\u00e4tzlichen codierten R\u00f6ntgenmaske bei 15-45 keV. <\/p>\n","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/xenon.physik.uni-mainz.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/10048","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/xenon.physik.uni-mainz.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/xenon.physik.uni-mainz.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/xenon.physik.uni-mainz.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2001"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/xenon.physik.uni-mainz.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=10048"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/xenon.physik.uni-mainz.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/10048\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":10081,"href":"https:\/\/xenon.physik.uni-mainz.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/10048\/revisions\/10081"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/xenon.physik.uni-mainz.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=10048"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/xenon.physik.uni-mainz.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=10048"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/xenon.physik.uni-mainz.de\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=10048"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}