Neue Ära in der Astronomie 22.11.2013, 14:39 Uhr

Teilchendetektor IceCube entdeckt extrem energiereiche Neutrinos

In der Antarktis haben Forscher mit Hilfe von IceCube, dem größten Teilchendetektor der Welt, 28 hochenergetische Neutrinos nachgewiesen. Ihren Fund feiern sie als Zeitenwende in der Astronomie und prägen den neuen Begriff der „Neutrinoastronomie“. Aber noch bergen die kosmischen Teilchen einige Geheimnisse.

Das IceCube-Labor am Südpol.

Das IceCube-Labor am Südpol.

Foto: dpa

IceCube ist ein riesiger Eiswürfel am Südpol, der mit seinem Volumen von einem Kubikkilometer als größter Teilchendetektor der Welt arbeitet, um Neutrinos und andere exotische Teilchen aufzuspüren. Dem internationalen IceCube-Team gehören 260 Wissenschaftler aus zwölf verschiedenen Ländern an, darunter auch Forscher von mehreren deutschen Hochschulen und vom Deutschen Elektronen-Synchrotron Desy in Hamburg.

Neutrinos sind schwer fassbar

Neutrinos sind schwer erfassbare Teilchen. Sie können ohne Mühe feste Materie durchdringen, so dass Unmengen von ihnen in jeder Sekunde die Erde und sogar die Körper der Menschen durchtunneln, ohne dabei mit anderen Materieteilchen zusammenzustoßen oder wechselzuwirken. Aus diesem Grund braucht man auch derart gigantische Detektoren, um gelegentlich mal einzelne Kollisionen von Neutrinos zu beobachten.

Anders als Licht oder Gammastrahlen, die gerne mal in Materiewolken stecken bleiben oder geladene Teilchen, die durch kosmische Magnetfelder abgelenkt werden können, sind Neutrinos wegen ihrer kaum vorhandenen Wechselwirkung mit anderer Materie ideal geeignet, uns Informationen aus Bereichen des Universums zuzutragen, von denen es kaum ein anderes Signal bis zu unserem Planeten schafft.

Illustration der IceCube-Sensoren im ewigen Eis am Südpol in der Antaktis: An 86 Stahltrossen hängen 5160 dieser digitalen optischen Module (DOM) in insgesamt einem Kubikkilometer Eis. 

Illustration der IceCube-Sensoren im ewigen Eis am Südpol in der Antaktis: An 86 Stahltrossen hängen 5160 dieser digitalen optischen Module (DOM) in insgesamt einem Kubikkilometer Eis. 

Foto: dpa

Im „Neutrinoteleskop“ IceCube ist der Detektor ein Array von insgesamt 5160 Einzeldetektoren, die an 86 Drahtseilen in einer Tiefe zwischen 1500 und 2000 Metern auf eine Neutrino-Kollision warten. Sie erkennen diese Zusammenstöße an den schwachen Lichtblitzen, welche dabei erzeugt werden. Die Daten der detektierten Zusammenstöße von Neutrinos mit irdischen Molekülen werden zur Amundsen-Scott-Südpolstation und von dort an Forscher in aller Welt weitergeleitet. Der Bau des Neutrino-Detektors IceCube in der Antarktis brauchte insgesamt sieben Jahre.

Hochenergetische Teilchen detektiert

Mit diesem Detektor im ewigen Eis der Antarktis fingen die Wissenschaftler zwischen Mai 2010 und Mai 2012 insgesamt 28 Neutrinos mit Energien oberhalb von 30 Tera-Elektronenvolt (TeV) ein. Darunter waren sogar zwei Teilchen mit einer Energie von mehr als einem Peta-Elektronenvolt (PeV). Das entspricht einer größeren Bewegungsenergie als eine Fliege im Flug hat, konzentriert in einem winzigen, nahezu masselosen Elementarteilchen.

Die mit IceCube nachgewiesenen Neutrinos haben eine millionenfach höhere Energie als die, die bei der Supernova 1987A entdeckt wurden.

Herkunft der Teilchen noch unklar

Die Forscher sehen starke Anzeichen dafür, dass mehr als die Hälfte der 28 gemessenen Neutrinos weder in der Erdatmosphäre noch in unserer eigenen Sonne erzeugt wurden, sondern von fernen Quellen im Universum stammen. Eine bestimmte kosmische Quelle dieser hochenergetischen Neutrinos wie beispielsweise eine Supernova oder gar einen Gammablitz konnten die Forscher allerdings noch nicht ausmachen. Dazu ist auch die Anzahl der Ereignisse einfach noch zu klein. Wenn die Nachweiszahlen aber weiter ansteigen, hoffen die Wissenschaftler, den Hochenergie-Neutrinos möglicherweise auch einzelne Quellen im Universum zuordnen zu können. Erst dann trüge IceCube die Bezeichnung „Neutrinoteleskop“ auch zu Recht.

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