Elementzusammensetzung:
Die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der kosmischen Strahlung bei höchsten Energien ist ein sehr wichtiger Schritt auf dem Weg zum Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Vorgänge wie Beschleunigung, Transport durch das Universum, etc. Diese Messung ist allerdings nicht direkt möglich, da der Nachweis kosmischer Strahlung bei höchsten Energien nur indirekt über die Beobachtung von ausgedehnten Luftschauern erfolgen kann (siehe Kosmische Strahlung).
Theoretische Überlegungen und Monte Carlo Simulationen deuten allerdings darauf hin, dass sich die von unterschiedlichen Primärteilchen ausgelösten Luftschauer voneinander unterscheiden. Der Rückschluss von den beobachteten Eigenschaften der Luftschauerentwicklung auf die Masse des kosmischen Primärteilchens ist daher durch Vergleich mit diesen theoretischen Modellen möglich. Einer der am direktesten mit der Primärmasse korrelierten Schauerparameter ist die Position des Maximums der Schauerentwicklung (Xmax). Die Entwicklung der mittleren Eindringtiefe als Funktion der Energie wurde von der Pierre Auger Kollaboration bestimmt und weisst auf eine gemischte Zusammensetzung hin (ICRC-2007, arXiv:0706.1495 [astro-ph]).
Simulationen der Entwicklung ausgedehnter Luftschauer ausgehend von verschiedenen primären Teichen. Leichte Teilchen wie zum Beispiel Protonen (linkes Bild) erzeugen Schauer, die sich üblicherweise tiefer in der Atmosphäre entwickeln als Schauer die durch schwere Primärteilchen (z.B. Eisenkerne, rechtes Bild) ausgelöst werden. Der Vergleich von Schauern, die mit den Fluoreszenzdetektoren des Pierre Auger Observatoriums beobachtet wurden, mit diesen theoretischen Vorhersagen ermöglicht Rückschlüsse auf die Elementzusammensetzung der kosmischen Strahlung.
