Energiereiche Neutrinos aus dem Kosmos

Im ewigen Eis der Antarktis haben Forscher erstmals energiereiche Neutrinos aus den Tiefen des Kosmos nachgewiesen. Mit dem IceCube-Detektor am Südpol fingen sie zwischen Mai 2010 und Mai 2012 insgesamt 28 Neutrinos mit Energien oberhalb von 30 TeV ein, darunter zwei mit einer Energie von mehr als 1000 TeV. In der internationalen IceCube-Gruppe ist das Deutsche Elektronensynchrotron DESY der zweitgrößte Partner nach der Universität von Wisconsin-Madison.

„Dies ist der erste Hinweis auf sehr hochenergetische Neutrinos, die von jenseits unseres Sonnensystems kommen“, betont IceCube-Projektleiter Francis Halzen von der Universität von Wisconsin-Madison. Neutrinos gehen äußerst selten Wechselwirkungen ein und sind einzigartige Boten der energiereichsten Ereignisse im Weltall. Anders als Licht können sie mühelos aus extrem dichten Umgebungen wie etwa dem Kern einer Supernovaexplosion oder dem Inneren von kosmischen Teilchenbeschleunigern entkommen.

So erreichten Neutrinos von der berühmten Supernova 1987A die Erde rund drei Stunden vor dem Lichtblitz, der sich erst seinen Weg nach außen bahnen musste. „Die jetzt mit IceCube nachgewiesenen Neutrinos haben allerdings millionenfach höhere Energien als jene von der Supernova 1987A“, betont der Leiter der Neutrinoastronomiegruppe bei DESY, Markus Ackermann vom Standort Zeuthen bei Berlin.

Der Vorteil der Neutrinos als kosmische Boten ist gleichzeitig auch ein Nachteil: Sie fliegen so mühelos durch Materie hindurch, dass jede Sekunde unzählige Neutrinos ohne eine Spur die Erde durchqueren. Nur ganz selten trifft ein Neutrino auf ein Materieteilchen. Es sind gigantische Detektoren nötig, um ab und zu ein solches Neutrinoereignis beobachten zu können.
IceCube ist in einen ganzen Kubikkilometer ewiges Eis der Antarktis eingeschmolzen und damit der größte Teilchendetektor der Welt. An 86 Stahltrossen hängen insgesamt 5160 empfindliche Nachweisgeräte, sogenannte optische Module, die nach den schwachen Lichtblitzen spähen, die eine Neutrinokollision erzeugt. Nach sieben Jahren Bauzeit ist der Riesendetektor seit Ende 2010 voll einsatzbereit.

Den ersten Hinweis auf extraterrestrische Hochenergie-Neutrinos lieferte im April 2012 die unerwartete Entdeckung der beiden bis dahin energiereichsten Ereignisse. Die IceCube-Forscher tauften sie liebevoll „Ernie“ und „Bert“. Die vertiefte Suche, deren Ergebnisse jetzt vorgestellt wurden, förderte weitere 26 Ereignisse mit Energien oberhalb von 30 TeV zutage – deutlich mehr als das, was man für in der Erdatmosphäre erzeugte Neutrinos erwartet.

„Wir erleben vielleicht gerade die Geburtsstunde der Neutrinoastronomie“, sagt Ackermann. Eine räumliche oder zeitliche Häufung der 28 Ereignisse, die auf eine bestimmte kosmische Quelle hindeuten würde, konnten die IceCube-Forscher nicht feststellen, dazu ist die Anzahl noch zu klein. „Wir arbeiten jetzt intensiv daran, die Signifikanz unserer Beobachtung zu erhöhen und zu verstehen, was dieses Signal bedeutet und woher es kommt“, erläutert die Sprecherin des internationalen IceCube-Projekts, Olga Botner von der Universität Uppsala in Schweden. Mit steigenden Nachweiszahlen hoffen die Wissenschaftler, einzelne Quellen der energiereichen Neutrinos im Kosmos identifizieren zu können.

DESY / PH