09.10.2025

IceCube: Neutrino-Flugbahnen in Echtzeit detektieren

Neue Algorithmen der Bochumer Gruppe um Anna Franckowiak erhöhen die Chance auf Entdeckungen.

Mit dem Neutrino-Observatorium IceCube am Südpol sucht ein internationales Forschungsteam seit 2009 nach dem Ursprung der kosmischen Strahlung. Neue Algorithmen der Bochumer Multi-Wellenlängen- und Multi-Messenger-Astronomie-Gruppe erhöhen die Chance auf Entdeckungen. Mit ihnen lassen sich in Echtzeit Energie und Richtung der von IceCube gemessenen Teilchen bestimmen, sodass Teleskope weltweit auf die Suche nach ihren Absendern gehen können. Mit den neuen Algorithmen wertet das Team auch Archivdaten noch einmal aus – und musste jüngst einige Kandidaten für die Quellen der kosmischen Strahlung verwerfen.

Die Bochumer Forschenden Anna Franckowiak, Nora Valtonen-Mattila, Giacomo Sommani und Angela Zegarelli (von links) sind Mitglieder im IceCube-Projekt.

Das IceCube-Labor befindet sich in der Nähe der Amundsen-Scott South Pole Station in der Antarktiks. Hier befinden sich zum Beispiel die Computer, die die Daten aufzeichnen.

Die kosmische Strahlung prasselt unaufhörlich auf die Erde ein, in Form von verschiedenen Teilchen wie Elektronen, Protonen oder Neutrinos. Wo sie herkommt, ist ungewiss. Neutrinos können Raum und Materie über riesige Distanzen durchdringen, ohne zu wechselwirken. Das macht sie zu den idealen Kandidaten, um nach den Quellen der kosmischen Strahlung zu suchen, weil sie auf mehr oder weniger direktem Weg von ihrem Ursprung aus zur Erde fliegen. Dort können sie vom IceCube-Detektor aufgespürt werden.

Der Algorithmus für die Analyse der Neutrino-Flugbahn von Anna Franckowiaks Team funktioniert präzise und schnell. „Wir brauchen dreißig Sekunden, um die Energie und Richtung eines Neutrinos zu berechnen, und verbreiten die Information umgehend weltweit“, erklärt die Leiterin der Arbeitsgruppe, die auch Mitglied des in Bochum koordinierten Sonderforschungsbereichs Cosmic Interacting Matter ist.

Mit einem langsameren Algorithmus verfeinert Franckowiaks Team anschließend das erste schnelle Ergebnis und gibt ein Update zur ursprünglichen Neutrino-Meldung heraus. Vier- bis fünfmal präziser klappt die Richtungsbestimmung mittlerweile im Vergleich zu früheren Verfahren.

Anhand der Daten durchforsten Teleskope auf der ganzen Welt dann die Himmelsregion, aus der das Neutrino kam, nach einem besonders energiereichen Objekt, das der Absender des Teilchens gewesen sein könnte. „Es ist möglich, dass diese Himmelsobjekte nur kurz aufleuchten, daher ist es so wichtig, dass unser System in Echtzeit funktioniert“, sagt Franckowiak.

Ist eine potenzielle Quelle für das Neutrino gefunden, geht die Rechnerei wieder los. „Dann ermitteln wir, wie hoch die Wahrscheinlichkeit ist, dass wir – wenn wir in diese Richtung des Himmels schauen – zufällig ein solches Himmelsobjekt aufleuchten sehen, das nichts mit dem Neutrino zu tun hat“, so Franckowiak. Zwischenzeitlich hatten die Forschenden auch Gezeitenkatastrophen als Neutrino-Quellen in Betracht gezogen. „Sie entstehen, wenn ein Stern zu nah an ein inaktives Schwarzes Loch gerät, das zwar gerade keine Materie schluckt, den Stern aber mit seiner großen Gravitation in die Länge zieht und zerreißt“, erklärt die Physikerin.

Drei Neutrino-Ereignisse hatte IceCube im Lauf der Jahre entdeckt, die potenziell mit Gezeitenkatastrophen in Zusammenhang gebracht wurden. Aber: „Nachdem wir unseren Algorithmus für die Richtungsrekonstruktion verbessert hatten, haben wir die Ereignisse noch einmal analysiert – und die Flugbahn der Neutrinos passt nicht zu den Positionen, an denen die Gezeitenkatastrophen stattgefunden haben“, resümiert Franckowiak. [U Bochum / dre]

Weitere Informationen