Mithilfe eines gigantischen Eiswürfels in der Antarktis entdecken Forscher erstmals Neutrinos aus der Milchstraße. Die „Geisterteilchen“ sind äußerst schwer aufzuspüren.

Antarktis – In der Antarktis, nahe der Amundsen-Scott-Südpolstation, befindet sich im ewigen Eis ein ungewöhnliches wissenschaftliches Instrument: Das IceCube Neutrino Observatory. Die Detektoranlage ist das, was ihr Name sagt: Ein Eiswürfel. Der hat eine Kantenlänge von einem Kilometer, beinhaltet also einen Kubikkilometer Eis. Darin erforscht die Wissenschaft etwas ganz Spezielles: Neutrinos.

Diese elektrisch neutralen Elementarteilchen sind äußerst flüchtig – mit gewöhnlicher Materie treten sie kaum in Wechselwirkung. Sie rasen unbemerkt hindurch, weshalb sie auch den Spitznamen „Geisterteilchen“ haben. Um die flüchtigen Partikel nachweisen zu können, benötigt man möglichst viel Materie aus einem möglichst reinen Stoff, der mit Neutrinos reagieren kann. Einer dieser Stoffe ist Wasser – wovon es in der Antarktis eine ausreichende Menge in gefrorener Form gibt.

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„Geisterteilchen“ aus der Milchstraße rasen durch Eis und senden Licht aus

Wenn ein Neutrino mit einem Wassermolekül reagiert, entstehen elektrisch geladene Teilchen, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch das Eis rasen und dabei Licht aussenden – die Tscherenkov-Strahlung. Diese Strahlung wird im riesigen IceCube-Detektor in der Antarktis mithilfe von 5160 Lichtverstärkern eingefangen. Und nicht nur das: Die Forscherinnen und Forscher können auch die Richtung bestimmen, aus der das Licht kommt – ein Hinweis auf die Richtung, aus der die Neutrinos kamen.

Bisher konnte IceCube nur energiereiche Neutrinos aus fernen Galaxien aufspüren, doch es wurde vorhergesagt, dass auch in unserer Milchstraße durch eine Wechselwirkung der kosmischen Strahlung mit Gas und Staub hochenergetische Neutrinos und Gammastrahlung entstehen. Letztere wurde bereits nachgewiesen, die Suche nach den Milchstraßen-Neutrinos blieb bisher erfolglos.

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Nun ist es einem Forschungsteam jedoch gelungen, erstmals hochenergetische Neutrinos aus der Milchstraße nachzuweisen. Bislang hatten Astronominnen und Astronomen vergeblich danach gesucht, da auch in der Atmosphäre der Erde Neutrinos entstehen – dieses Rauschen überlagert das Signal aus der Milchstraße, nach dem die Forschung lange Zeit gesucht hat.

Forscher entdecken Neutrinos aus der Milchstraße – neues Suchverfahren

Gelungen ist die Entdeckung durch ein Verfahren, das auf maschinellem Lernen basiert und maßgeblich an der TU Dortmund entwickelt wurde. „Diese verbesserten Methoden führten dazu, dass wir etwa zehnmal mehr Neutrinos für die Auswertung verwenden konnten als zuvor, und das mit einer besseren Richtungsauflösung“, erklärt Mirco Hünnefeld von der TU Dortmund gegenüber der Nachrichtenagentur dpa. „Insgesamt war unsere Analyse damit dreimal empfindlicher als frühere Suchverfahren.“ Zusätzlich zu dem neuen Verfahren filterten die Forscherinnen und Forscher solche Daten heraus, die aus der Richtung des Milchstraßenzentrums kamen. Die Studienergebnisse wurden im Fachjournal Science publiziert.

Die neuen IceCube-Daten liefern erstmals ein Bild der Milchstraße, wie sie aussehen würde, wenn man Neutrinos sehen könnte. „Und dieses Bild bestätigt unser bisheriges Wissen über die Milchstraße und die kosmische Strahlung“, betont IceCube-Forscher Steve Sclafani gegenüber dpa. In Zukunft sollen weitere Daten gesammelt und die Methoden verbessert werden. „So erhalten wir ein Bild mit immer besserer Auflösung“, sagt Denise Caldwell. Im nächsten Schritt wollen die Forscherinnen und Forscher herausfinden, wo genau die Neutrinos entstehen. „Und wir hoffen natürlich auch, dabei bislang unbekannte, nie zuvor gesehene Strukturen unserer Milchstraße zu entdecken“, erklärt Caldwell weiter. (tab/dpa)

Rubriklistenbild: © Yuya Makino/IceCube/NSF/dpa