Ein riesiges Neutrino-Observatorium, das tief in der Erde vergraben ist Antarktisches Eis hat erst die zweite extragalaktische Quelle der schwer fassbaren Teilchen entdeckt, die jemals gefunden wurde.
In Ergebnissen veröffentlicht letzte Woche in Wissenschaft, Die IceCube-Kollaboration berichtet über den Nachweis von Neutrinos aus einer „aktiven Galaxie“ namens NGC 1068, die etwa 47 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt liegt.
So erkennen Sie ein Neutrino
Neutrinos sind sehr schüchterne Elementarteilchen, die nicht oft mit etwas anderem interagieren. Als sie in den 1950er Jahren zum ersten Mal entdeckt wurden, erkannten die Physiker bald, dass sie in gewisser Weise ideal für die Astronomie sein würden.
Weil Neutrinos so selten etwas mit anderen Teilchen zu tun haben, können sie ungehindert durch das Universum reisen. Ihre Schüchternheit macht sie jedoch auch schwer zu erkennen. Um genug zu fangen, um nützlich zu sein, benötigen Sie einen sehr großen Detektor.
Hier kommt IceCube ins Spiel. Im Laufe von sieben Sommern von 2005 bis 2011 bohrten Wissenschaftler der amerikanischen Amundsen-Scott-Südpolstation mit einem Heißwasserbohrer 86 Löcher ins Eis. Jedes Loch ist fast 2.5 Kilometer tief, etwa 60 Zentimeter breit und enthält 60 basketballgroße Lichtdetektoren, die an einem langen Kabelstrang befestigt sind.
Wie hilft uns das beim Nachweis von Neutrinos? Gelegentlich trifft ein Neutrino im Eis in der Nähe eines Detektors auf ein Proton oder Neutron. Die Kollision erzeugt ein viel schwereres Teilchen namens Myon, das sich so schnell fortbewegt, dass es ein blaues Leuchten aussendet, das die Lichtdetektoren aufnehmen können.
Indem gemessen wird, wann dieses Licht an verschiedenen Detektoren ankommt, kann die Richtung berechnet werden, aus der das Myon (und das Neutrino) kamen. Betrachtet man die Teilchenenergien, stellt sich heraus, dass die meisten Neutrinos, die IceCube entdeckt, in der Erdatmosphäre entstehen.
Ein kleiner Teil der Neutrinos stammt jedoch aus dem Weltraum. Bis 2022 wurden Tausende von Neutrinos irgendwo im fernen Universum identifiziert.
Woher kommen Neutrinos?
Sie scheinen ziemlich gleichmäßig aus allen Richtungen zu kommen, ohne dass offensichtliche helle Flecken auftauchen. Das bedeutet, dass es da draußen viele Quellen von Neutrinos geben muss.
Aber was sind das für Quellen? Es gibt viele Kandidaten, exotisch klingende Objekte wie aktive Galaxien, Quasare, Blazare und Gammastrahlenausbrüche.
Im Jahr 2018 gab IceCube die Entdeckung des ersten identifizierten hochenergetischen Neutrino-Emitters bekannt: eines Blazars, einer bestimmten Art von Galaxie, die zufällig einen Strahl hochenergetischer Teilchen in Richtung Erde abfeuert.
Der als TXS 0506+056 bekannte Blazar wurde identifiziert, nachdem IceCube ein einzelnes hochenergetisches Neutrino gesehen und ein dringendes Telegramm des Astronomen gesendet hatte. Andere Teleskope versuchten, einen Blick auf TXS 0506+056 zu werfen und entdeckten, dass es gleichzeitig auch viele Gammastrahlen aussendete.
Das ist sinnvoll, weil wir glauben, dass Blazare funktionieren, indem sie Protonen auf extreme Geschwindigkeiten beschleunigen, und diese hochenergetischen Protonen dann mit anderen Gasen und Strahlung interagieren, um sowohl Gammastrahlen als auch Neutrinos zu erzeugen.
Eine aktive Galaxie
Der Blazar war die erste jemals entdeckte extragalaktische Quelle. In dieser neuen Studie identifizierte IceCube die zweite.
Die IceCube-Wissenschaftler untersuchten das erste Jahrzehnt der von ihnen gesammelten Daten erneut und wandten ausgefallene neue Methoden an, um schärfere Messungen der Neutrinorichtungen und -energien durchzuführen.
Als Ergebnis wurde ein ohnehin schon interessanter heller Fleck im Hintergrund-Neutrino-Glühen schärfer fokussiert. Etwa 80 Neutrinos stammten aus einer ziemlich nahe gelegenen, gut untersuchten Galaxie namens NGC 1068 (auch bekannt als M77, da es sich um den 77. Eintrag im berühmten Katalog interessanter astronomischer Objekte aus dem 18. Jahrhundert handelt, der vom französischen Astronomen Charles Messier erstellt wurde).
NGC 47 liegt etwa 1068 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt und ist eine bekannte „aktive Galaxie“, eine Galaxie mit einem extrem hellen Kern. Er ist etwa 100-mal näher als der Blazar TXS 0506+056, und sein Winkel relativ zu uns bedeutet, dass Gammastrahlen aus seinem Kern von unserer Sicht durch Staub verdeckt werden. Neutrinos sausen jedoch fröhlich direkt durch den Staub und ins All.
Diese neue Entdeckung wird Astrophysikern und Astronomen eine Fülle von Informationen darüber liefern, was genau in NGC 1068 vor sich geht. Es gibt bereits Hunderte von Artikeln, die versuchen zu erklären, wie der innere Kern der Galaxie funktioniert, und die neuen IceCube-Daten fügen einige Informationen über Neutrinos hinzu wird helfen, diese Modelle zu verfeinern.
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Bild-Kredit: NASA/ESA/A. van der Hoeven
