Science
12.07.2018

IceCube: Forscher finden erstmals Quelle kosmischer Neutrinos

Der Ursprung hochenergetischer Neutrinos aus dem All war lange ein Rätsel. Jetzt haben Forscher eine Quelle entdeckt.

Neutrinos sind extrem leichte, elektrisch neutrale Elementarteilchen, die bei verschiedenen Zerfallsprozessen und Reaktionen entstehen, etwa in der Sonne oder im Erdinneren. Eine bestimmte Art der Neutrinos hat Forscher lange Zeit vor Rätsel gestellt: Exemplare mit extrem hoher Energie, die aus dem All auf die Erde kommen. Mithilfe des Neutrinodetektors IceCube in der Antarktis konnten Forscher jetzt erstmals ein solches Neutrino erfassen und seinem Ursprungsort im All zuordnen: Es stammt von einem supermassiven schwarzen Loch im Zentrum einer Galaxie, einem sogenannten Blazar, im der Konstellation Orion, ungefähr 3,7 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt, wie die Forscher in einer Aussendung schreiben.

 

Die Ergebnisse werden am Donnerstag im Fachjournal Science veröffentlicht und wurden zuvor bei einer Pressekonferenz präsentiert. Die Entdeckung einer Quelle für hochenergetische kosmische Neutrinos wird als Beginn einer neuen Ära der Weltraumforschung gefeiert. IceCube hat im vergangenen Herbst ein einziges derartiges Neutrino detektiert, die Forscher haben den Ursprung daraufhin in dem erwähnten Blazar gefunden. Die Energie dieser Neutrinos ist um mehrere Größenordnungen höher als jene, die Teilchen im Large Hadron Collider am CERN erreichen können.

 

Schwer zu finden

"Die größte Herausforderung bei der Entdeckung solcher Neutrinos ist, dass sie nur sehr schwach mit Materie interagieren. Der IceCub-Detektor hat das Problem gelöst, indem ein Kubikkilometer Eis jahrelang mit hochsensiblen Detektoren beobachtet wurde", sagt Derek Fox von der Penn State University, der an der Veröffentlichung beteiligt ist. Das erste kosmische Neutrino hat der gigantische Detektor 2013 gemessen. Ab April 2016 wurden in Zusammenarbeit mit dem Astrophysical Multimessenger Observatory Network (AMON) weitere Exemplare gefunden.

Eindeutige Quellen für diese Neutrinos konnten aber nicht gefunden werden. Das gelang erst mit dem Neutrino "IceCube-170922A", das am 22. September 2017 gemessen wurde, eine Energie von 300 Billionen Elektronenvolt aufwies und aus Richtung eines kleinen Abschnitts der Orion-Konstellation zu kommen schien. Die Alarmmeldung, die von IceCube ausgesendet wurde, führte zu einer Reihe von Folgebeobachtungen dieser Region durch eine Vielzahl von Observatorien auf der ganzen Welt, im Röntgen-, Ultraviolett- und Gammastrahlenbereich. So konnten die Forscher starke Hinweise dafür sammeln, dass das Neutrino von dem 3,7 Milliarden Lichtjahre entfernten Blazar stammt.

"Diese Entdeckung ist der Beginn des neuen Gebiets der Hochenergieneutrinoastronomie. Wir erwarten, dass diese Technik Durchbrüche für unser Verständnis des Universums und fundamentaler Physik bringen wird. Auch die Frage, wie solche Neutrinos entstehen, werden wir so hoffentlich klären können. Wir haben 20 Jahre lang davon geträumt, eine Quelle für kosmische Neutrinos zu finden und jetzt haben wir es endlich geschafft", sagt Doug Cowen, ein Coautor der Studie von der Penn State University.