Bildnachweis: UW-Madison
Ein neues Teleskop im Eis der Antarktis hat die erste Karte des hochenergetischen Neutrino-Himmels fertiggestellt. Es schaut tatsächlich durch die gesamte Erde nach unten, um den Nordhimmel nach Neutrinos zu durchsuchen, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen und ungehindert durch fast alle Materie gehen. AMANDA II hat Neutrinos entdeckt, die 100-mal so viel Energie haben wie in Laborexperimenten auf der Erde.
Ein neuartiges Teleskop, das die Eisdecke der Antarktis als Fenster zum Kosmos verwendet, hat die erste Karte des hochenergetischen Neutrino-Himmels erstellt.
Die Karte, die heute (15. Juli) hier auf einem Treffen der Internationalen Astronomischen Union für Astronomen enthüllt wurde, bietet Astronomen ihren ersten verlockenden Einblick in sehr energiereiche Neutrinos, gespenstische Teilchen, von denen angenommen wird, dass sie von einigen der gewalttätigsten Ereignisse in stammen das Universum - krachende Schwarze Löcher, Gammastrahlenausbrüche und die gewalttätigen Kerne entfernter Galaxien.
„Dies sind die ersten Daten mit einem Neutrino-Teleskop mit realistischem Entdeckungspotenzial“, sagt Francis Halzen, Professor für Physik an der Universität von Wisconsin-Madison, über die Karte, die mit AMANDA II erstellt wurde, einem einzigartigen Teleskop, das mit Unterstützung gebaut wurde von der National Science Foundation (NSF) und bestehend aus Arrays von Lichtsammeldetektoren, die 1,5 Kilometer unter dem Südpol in Eis vergraben sind. „Bis heute ist dies die empfindlichste Art, den hochenergetischen Neutrino-Himmel zu betrachten“, sagt er.
Die Fähigkeit, hochenergetische Neutrinos zu erkennen und bis zu ihren Ursprungsorten zurückzuverfolgen, bleibt eine der wichtigsten Aufgaben der modernen Astrophysik.
Da kosmische Neutrinos unsichtbar und ungeladen sind und fast keine Masse haben, sind sie nahezu unmöglich zu erkennen. Im Gegensatz zu Photonen, den Teilchen, aus denen sichtbares Licht besteht, und anderen Arten von Strahlung können Neutrinos ungehindert Planeten, Sterne, die riesigen Magnetfelder des interstellaren Raums und sogar ganze Galaxien passieren. Diese Qualität - die es sehr schwer macht, sie zu erkennen - ist auch ihr größtes Kapital, da die Informationen, die sie über kosmologisch entfernte und ansonsten nicht beobachtbare Ereignisse enthalten, intakt bleiben.
Die von AMANDA II erstellte Karte ist vorläufig, betont Halzen, und repräsentiert nur ein Jahr Daten, die vom eisgebundenen Teleskop gesammelt wurden. Anhand von zwei weiteren Jahren Daten, die bereits mit AMANDA II gesammelt wurden, werden Halzen und seine Kollegen als nächstes die Struktur der Himmelskarte definieren und potenzielle Signale aus statistischen Schwankungen in der vorliegenden Karte aussortieren, um sie zu bestätigen oder zu widerlegen.
Die Bedeutung der Karte ist laut Halzen, dass sie beweist, dass der Detektor funktioniert. "Es legt die Leistung der Technologie fest", sagt er, "und es zeigt, dass wir die gleiche Empfindlichkeit wie Teleskope erreicht haben, mit denen Gammastrahlen im gleichen Hochenergiebereich des elektromagnetischen Spektrums erfasst werden". Von Objekten, die die kosmische Strahlung beschleunigen und deren Ursprung fast ein Jahrhundert nach ihrer Entdeckung unbekannt ist, werden ungefähr gleiche Signale erwartet.
Das AMANDA II-Teleskop (Antarctic Muon and Neutrino Detector Array) ist tief im Eis der Antarktis versunken und so konzipiert, dass es nicht nach oben, sondern nach unten durch die Erde zum Himmel auf der Nordhalbkugel blickt. Das Teleskop besteht aus 677 optischen Glasmodulen von der Größe einer Bowlingkugel, die mit Hilfe von Hochdruck-Heißwasserbohrern auf 19 Kabeln angeordnet sind, die tief im Eis verlegt sind. Das Array verwandelt einen Eiszylinder mit einer Höhe von 500 Metern und einem Durchmesser von 120 Metern in einen Partikeldetektor.
Die Glasmodule arbeiten umgekehrt wie Glühbirnen. Sie erkennen und erfassen schwache und flüchtige Lichtstreifen, die entstehen, wenn Neutrinos gelegentlich innerhalb oder in der Nähe des Detektors gegen Eisatome stoßen. Die subatomaren Wracks erzeugen Myonen, eine weitere Art subatomarer Teilchen, die im tiefen antarktischen Eis eine kurzlebige Spur von blauem Licht hinterlassen. Der Lichtstreifen entspricht dem Weg des Neutrinos und zeigt zurück zu seinem Ursprungspunkt.
Da die Karte den ersten Blick auf den hochenergetischen Neutrino-Himmel bietet, wird sie für Astronomen von großem Interesse sein, da laut Halzen „wir immer noch keine Ahnung haben, wie kosmische Strahlen beschleunigt werden oder woher sie kommen.“
Die Tatsache, dass AMANDA II jetzt Neutrinos identifiziert hat, die bis zu hundertmal so hoch sind wie die Energie der Teilchen, die von den stärksten erdgebundenen Beschleunigern erzeugt werden, lässt vermuten, dass einige von ihnen auf ihren langen Reisen durch einige der energiereichsten Ereignisse ausgelöst werden im Kosmos. Die Fähigkeit, hochenergetische Neutrinos routinemäßig zu detektieren, bietet Astronomen nicht nur eine Linse, um bizarre Phänomene wie das Kollidieren von Schwarzen Löchern zu untersuchen, sondern auch die Möglichkeit, direkten Zugang zu unbearbeiteten Informationen aus Ereignissen zu erhalten, die Hunderte von Millionen oder Milliarden Lichtjahren stattgefunden haben weg und vor Äonen.
"Diese Karte könnte den ersten Beweis für einen kosmischen Beschleuniger enthalten", sagt Halzen. "Aber wir sind noch nicht da."
Die Suche nach Quellen für kosmische Neutrinos wird einen Schub bekommen, wenn das AMANDA II-Teleskop an Größe zunimmt, wenn neue Detektorreihen hinzugefügt werden. Geplant ist, dass das Teleskop auf einen Kubikkilometer instrumentierten Eises anwächst. Das neue Teleskop, bekannt als IceCube, wird das Durchsuchen des Himmels nach kosmischen Neutrinoquellen hocheffizient machen.
"Wir werden sensibel auf die pessimistischsten theoretischen Vorhersagen reagieren", sagt Halzen. „Denken Sie daran, wir suchen nach Quellen, und selbst wenn wir jetzt etwas entdecken, ist unsere Empfindlichkeit so hoch, dass wir bestenfalls 10 Neutrinos pro Jahr sehen würden. Das ist nicht gut genug."
Originalquelle: WISC-Pressemitteilung
