IceCube Observatorium

Der Fortschritt in der Neutrino-Astronomie

Heutzutage wird im Bereich der Astronomie nicht nur das sichtbare Licht angewandt, viel mehr kommt es immer häufiger auch zum Einsatz von Neutrinos oder Gravitationswellen. Dies geschieht aufgrund des Fortschrittes und dem immer wiederkehrenden Wunsch die Welt besser zu verstehen. Durch Detektoren am Südpol konnten Forscher nun endgültig den Ursprung dieser Neutrinos herausfinden. Es handelt sich um ein sehr großes Loch, welches vier Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt liegt.

Es war der 22. September 2017. Dieser Tag brachte viele Physiker zum Staunen. Am Abend dieses besagten Tages kam eine Nachricht aus der Antarktis. Diese Nachricht löste viel Begeisterung bei allen Astrophysikern aus.

Die Nachricht beinhaltete, dass der IceCube-Detektor ein Neutrino aus dem All gefangen hatte.

Dies war nicht das erste Mal bei diesem Experiment. Allerdings hängte die Entdeckung des riesigen schwarzen Loches, welches sich vier Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt befindet, mit dem Einfangen des Neutrinos an diesem Tag zusammen. Binnen weniger Stunden ging die Nachricht um die Welt. Kurz darauf wurde dies sogar in der Fachzeitschrift Science ausführlich dokumentiert. Marek Kowalski, der Leiter der Neutrino-Astronomie an der Universität in Berlin, ist der Meinung, dass diese Entdeckung einen wesentlichen Meilenstein in der Neutrino-Astronomie darstellt.

Wie bereits erwähnt, wird heutzutage nicht nur mehr das sichtbare Licht verwendet, um Entdeckungen im All anzustreben. Seien es Gammastrahlen, Gravitationswellen oder gar Neutrinos, sie alle sagen eine Menge über die Geschehnisse im All aus. Um ein komplettes Bild des Alls zu bekommen, wird im Zuge der Astrophysik versucht, all diese Boten aufzuspüren.

Diese Entdeckungen sind mit Neutrinos allerdings sehr schwer zu tätigen. Dies resultiert daraus, da diese Teilchen sehr klein sind und in einer Menge von mehreren Milliarden Teilchen pro Sekunde durch die Erdoberfläche flitzen. Dazu kommt, dass die Teilchen weder eine spürbare noch eine messbare Wirkung mit sich bringen, da sie kaum mit der Materie interagieren. Es kann aber davon ausgegangen werden, dass fast alle Neutrinos, welche uns umgeben, von der Sonne stammen. Einige dieser Neutrinos, selbst wenn die Zahl sehr klein ist, bezeugten kosmische Ereignisse, welche weit weg von unserem Planeten stattgefunden haben. Kai Zuber, welcher an der Technischen Universität in Dresden Forschungen zu Neutrinos betreibt, findet es besonders spektakulär, dass die Neutrinos alle erdenklichen Hindernisse missachten.

Detektoren in der Antarktis

Jegliche Neutrinos, welche extrasolar sind, weisen direkt auf den Entstehungsort hin. Das Problem liegt allerdings darin, dass es eine Menge an Neutrinos gibt und es sehr schwierig ist, genau das richtige Neutrino herauszufiltern. Für diese Problematik wurde ein Neutrino-Observatorium am Südpol gebaut. Dafür wurden dort in einigen Kilometern Tiefe über 5.000 optische Messmodule hinterlassen. Eingefangen wird hierbei insbesondere die Cherenkovstrahlung. Die Cherenkovstrahlung resultiert aus der Kollision von den schnellen Teilchen mit dem Eis des Südpols. Sollte sich unter diesen Teilchen ein Neutrino befinden, wird dies von dem IceCube Computer sofort bemerkt. Dieser berechnet anschließend die Energie sowie die Flugrichtung des Neutrinos.

Seit April 2016 ist IceCube mit einem Alarmsystem ausgestattet. Sollte sich ein Neutrino in dieser Teilchenmenge befinden, werden sofort alle Astronomen auf der Welt darüber benachrichtigt. In dieser Nachricht befinden sich Informationen zur Richtung und Energie des Neutrinos. Durch diese Meldungen soll bewerkstelligt werden, dass binnen weniger Sekunden viele Messgeräte und Teleskope in Richtung Himmel gerichtet werden. Von April 2016 bis September 2017 wurden insgesamt zehn Alarme durchgeführt. Der erste Alarm, welcher den richtigen Erfolg brachte, war jedoch dieser am 22. September 2017. In den darauffolgenden Tagen fanden insgesamt 18 Experimente zu diesem Thema statt. Das Ziel lag darin, gemeinsam Signale im elektromagnetischen Spektrum einzufangen. Irrelevant, ob es sich hierbei um Gammastrahlen, sichtbares Licht oder gar Radiowellen handelte. Durch diese Experimente konnte letztlich die ferne Galaxie, mit dem Schwarzen Loch in der Mitte, entdeckt werden.

Die Galaxie mit dem Schwarzen Loch

Es wurde also eine Galaxie mit einem Schwarzen Loch in der Mitte entdeckt. Diese Form der Erscheinung wird von Astronomen als Blazare betitelt. Der gigantische Strudel weist senkrecht ausschießende Jets auf. Es wurde schon länger vermutet, dass sich in diesen Jets ein großer Teil der kosmischen Teilchenstrahlung befindet. Allerdings wurde mit dem 22. September 2017 ein Beweis dafür gefunden. Viele Astrophysiker wollen nun weiter an diesem Experiment arbeiten, um noch weitere Informationen zu erhalten.

Dies war das erste Mal, dass eine Flugrichtung von einem Neutrino ersichtlich gemacht werden konnte. Bis dato wurde nur einmal, und zwar im Februar 1987, eine extrasolare Neutrinoquelle gesichtet. Dies geschah dadurch, da damals sichtbares Licht von der Supernova-Explosion, gemeinsam mit Neutrinos die Erde erreichte. Damals handelte es sich wohl eher um einen Glückstreffer, da die Neutrino-Astrophysik so noch nicht geboren war. Die Entdeckung im September 2017 wird allerdings anders eingeschätzt. Es handelte sich um eine explizite Beobachtungsaktion.