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„IceCube“-Experiment : Ist die Herkunft kosmischer Neutrinos geklärt?

Das IceCube Experiment zur Beobachtung kosmischer Neutrinos befindet sich nahe der Amundsen-Scott Südpolstation. Bild: Sven Lidstrom, IceCube/NSF

Woher stammt die hochenergetische Teilchenstrahlung aus dem All? Das ist eine der großen offenen Fragen der Astronomie. Nun könnte das „IceCube“-Observatorium eine Antwort gefunden haben. Es wäre ein neuer Triumph der Multi-Messenger-Astronomie.

          Im Oktober vergangenen Jahres wurde der Eintritt in eine neue Ära der Astronomie gefeiert. Erstmalig war die Verschmelzung zweier Neutronensterne direkt beobachtet worden, und zwar sowohl anhand der von diesem mächtigen Ereignis verursachten Gravitationswellen durch die LIGO-Virgo Observatorien als auch unter weltweit koordinierter Nutzung vieler verschiedener Teleskope bei unterschiedlichen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums. Abgesehen von der Entdeckung des kosmischen Phänomens selbst war es diese Kombination verschiedener astronomischer Informationskanäle, die die Astrophysiker in Euphorie versetzte.

          Sibylle Anderl

          Redakteurin im Feuilleton.

          Grundsätzlich gibt es fünf Arten von Informationsträgern, die uns aus dem Kosmos erreichen, und die uns über die Natur kosmischer Phänomene und Prozesse Auskunft geben können: die elektromagnetische Strahlung, die das Hauptmedium astrophysikalischer Forschung darstellt, kosmische Strahlung aus hochenergetischen Elementarteilchen und Atomkernen, kosmische Festkörper wie Meteore und Meteoriten, Gravitationswellen und Neutrinos. Jeder Informationsträger offenbart andere Aspekte der untersuchten Objekte – erst ihre Kombination lässt ein konsistentes Bild unseres Kosmos entstehen. Am schwierigsten nachzuweisen sind dabei die Gravitationswellen und die Neutrinos. Der Grund dafür macht gleichzeitig ihren besonderen Nutzen aus: beide treten kaum in Wechselwirkung mit all demjenigen, dem sie auf ihrem Weg begegnen. Insbesondere werden die ungeladenen, anhand der schwachen Kraft wechselwirkenden Neutrinos weder gestreut noch absorbiert oder abgelenkt. Die von Gravitationswellen oder Neutrinos transportierten Informationen sind in diesem Sinne besonders ursprünglich und damit besonders wertvoll, um Auskunft über die ihnen zugrunde liegenden kosmischen Prozesse zu liefern. Im Fall der Gravitationswellen sind dies Kollisionen von äußerst kompakten Objekten, bei den Neutrinos beispielsweise Supernova-Explosionen oder gewaltige Strahlungsausbrüche von Galaxien mit einem aktiven Kern.

          Die Supernova SN 1987A war bislang das einzige Ereignis, das sowohl anhand von Neutrinos als auch elektromagnetischer Strahlung untersucht werden konnte.

          Eine Supernova-Explosion, bei der ein Stern am Ende seines Lebens spektakulär kollabierte, war auch das bislang einzige Ereignis, bei dem Neutrino-Beobachtungen mit Beobachtungen im elektromagnetischen Spektrum kombiniert werden konnten. Die berühmte Supernova 1987A, die sich vor rund dreißig Jahren als erdnächste Supernova in der Großen Magellanschen Wolke ereignete, wurde zunächst durch die Ankunft von knapp dreißig Neutrinos auf der Erde bemerkt. Erst drei Stunden später kam auch das elektromagnetische Signal der Explosion bei irdischen Teleskopen an. Die Kombination der Neutrino-Beobachtungen mit vielfältigen elektromagnetischen Signalen ließ das Ereignis als bislang beststudierte Supernova in die Geschichte eingehen und ermöglichte das Verständnis der Explosion und der dabei ablaufenden Physik auf einer ganz neuen Ebene. Der große potentielle Nutzen von Neutrino-Beobachtungen ist seitdem unbestritten, und in den vergangenen Jahrzehnten wurde viel investiert, um Neutrinos als astronomische Informationsquelle besser einsetzen zu können.

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