IceCube: Neutrino-Flugbahnen in Echtzeit detektieren

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.

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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]