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Neue Ergebnisse vom Neutrino-Detektor IceCube

Zweifel an Gammablitzen als Motor für kosmische Strahlung

Pausenlos wird unsere Erde von hochenergetischen Teilchen, der sogenannten kosmischen Strahlung, bombardiert. Sie besteht vor allem aus Protonen, Neutronen, Elektronen und Myonen, aber auch aus schweren Atomkernen. Obwohl die kosmische Strahlung vor genau 100 Jahren entdeckt wurde, ist ihr Ursprung bis heute eines der größten Geheimnisse der Physik. Das IceCube-Experiment, ein riesiger Neutrino-Detektor in der Antarktis, ist der Lösung dieses Geheimnisses nun ein Stück näher gekommen.

IceCube-Station in der Antarktis ( Foto: K. Vanderlinde/NSF)

Fast täglich beobachten Astronomen irgendwo am Himmel den Ausbruch von Gammastrahlung, der für wenige Sekunden heller aufleuchtet als der Rest des Universums. Neben Weltraumteleskopen leisten seit einigen Jahren auch Experimente am Erdboden wesentliche Beiträge zur Erforschung der kosmischen Strahlung. Dazu gehört das Experiment IceCube, ein Neutrino-Teleskop am Südpol. Der Detektor liegt bis zu 2,5 km tief im antarktischen Eis und besteht aus einem Kubikkilometer Gletschereis, der mit mehr als 5000 optischen Sensoren versehen ist. An der Technische Universität München (TUM) ist Physikerin Professor Dr. Elisa Resconi Mitglied der IceCube-Kollaboration.

Bisher gingen die Forscher davon aus, dass es zwei mögliche Quellen für die hochenergetischen Teilchen der kosmischen Strahlung gibt: Erstens die massereichen Schwarzen Löcher in den Zentren von aktiven Galaxien und zweitens Gammastrahlenausbrüche (GRBs), also explodierende, massereiche Sterne, die zu Schwarzen Löchern werden. In der Fachzeitschrift "nature" stellt nun die IceCube-Kollaboration eine bahnbrechende Entdeckung vor, die nun möglicherweise eine der führenden Theorien über die Entstehung der kosmischen Strahlung widerlegt.

IceCube beobachtet Neutrinos, indem es das schwache, blaue Licht erfasst, das entsteht, wenn Myonen das Eis des Detektors durchlaufen. Die Myonen sind wiederum Sekundärprodukte und aus den hochenergetischen Neutrinos der kosmischen Quelle hervorgegangen. Neutrinos sind elektrisch neutrale Teilchen mit sehr geringer Masse. Sie treten nur als Nebenprodukte in Zerfalls- oder Umwandlungsprozessen in Erscheinung. Aufgrund ihrer elektrisch neutralen Eigenschaft werden Neutrinos nicht von den Magnetfeldern des Kosmos, der Sonne oder der Erde abgelenkt und durchdringen so problemlos unseren Planeten und alle seine Lebewesen.

Die kosmische Strahlung besteht überwiegend aus Protonen sehr hoher Energie. Treffen diese auf Materie, so werden auch Neutrinos erzeugt. Die Forscher gehen deshalb davon aus, dass die Quellen der kosmischen Strahlung somit auch Neutrinoquellen sind. Über einen Zeitraum von zwei Jahren untersuchte die IceCube-Kollaboration daher 300 Gammastrahlenausbrüche auf der Suche nach den dabei vermuteten Neutrinos. Doch entgegen ihrer Erwartung fanden die Wissenschaftler keine Neutrinos und konnten damit Gammablitze als eine mögliche Quelle der kosmischen Strahlung weitestgehend ausschließen. Die aktuellen Messungen mit IceCube stimulieren so die weitere Erforschung des Ursprungs kosmischer Strahlung.

Originalveröffentlichung

An absence of neutrinos associated with cosmic-ray acceleration in γ-ray bursts
IceCube Collaboration, Nature vol. 484, p. 351–354, 19 April 2012, DOI: doi:10.1038/nature11068

 

Kontakt

Dr. Elisa Resconi
Technische Universität München
Exzellenzcluster Universe
Boltzmannstr. 2
85748 Garching

+49 89 35831-7120
elisa.resconi@tum.de
http://www.cosmic-particles.ph.tum.de/

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